DE112017001126T5 - Image sensing device - Google Patents

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DE112017001126T5
DE112017001126T5 DE112017001126.4T DE112017001126T DE112017001126T5 DE 112017001126 T5 DE112017001126 T5 DE 112017001126T5 DE 112017001126 T DE112017001126 T DE 112017001126T DE 112017001126 T5 DE112017001126 T5 DE 112017001126T5
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Hiroyuki Kawano
Kosaku Yamagata
Tadashi Minobe
Tatsuya Kunieda
Masatoshi Kodama
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Abstract

Eine Bilderfassungs-Einrichtung (1) weist Folgendes auf: eine Mikrolinsen-Anordnung (33), die eine Mehrzahl von Mikro-Kondensorlinsen (34) aufweist, die an einer Fokusposition oder einem Brennpunkt eines bildgebenden optischen Systems angeordnet sind, um eine Mehrzahl von aufrechten Bildern mit gleicher Vergrößerung zu erzeugen; sowie eine bildgebende Einheit (31), die lichtempfindliche Pixel (32x) aufweist, die an Positionen angeordnet sind, die den Mikro-Kondensorlinsen (34) entsprechen. Die Mikro-Kondensorlinsen (34) weisen jeweils eine Brechkraft auf, um von den Lichtstrahlen, die von dem bildgebenden optischen System her einfallen, die Lichtstrahlen zu konzentrieren, die unter einem Einfallswinkel innerhalb eines vorgegebenen begrenzten Winkelbereichs auf Positionen einfallen, die sich von Positionen unterscheiden, auf welche die Lichtstrahlen einfallen, die unter einem Einfallswinkel außerhalb des begrenzten Winkelbereichs einfallen. Effektive lichtempfindliche Bereiche der lichtempfindlichen Pixel (32) empfangen von den Lichtstrahlen, die in die Mikro-Kondensorlinsen (32) eingetreten sind, nur die Lichtstrahlen, die unter einem Einfallswinkel innerhalb des begrenzten Winkelbereichs einfallen.An image sensing device (1) comprises: a microlens array (33) having a plurality of micro-condenser lenses (34) disposed at a focus position or focal point of an imaging optical system to be a plurality of upright To produce images of equal magnification; and an imaging unit (31) having photosensitive pixels (32x) disposed at positions corresponding to the micro-condensing lenses (34). The micro-condenser lenses (34) each have a refractive power for focusing, from the light beams incident from the imaging optical system, the light beams incident on positions other than positions at an incident angle within a predetermined limited angle range on which the light rays are incident incident at an incident angle outside the limited angle range. Effective photosensitive areas of the photosensitive pixels (32) receive, of the light beams that have entered the micro-condensing lenses (32), only the light beams incident at an angle of incidence within the limited angular range.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bilderfassungs-Einrichtung, die ein Bild erfasst, das an einer Oberfläche eines Objekts ausgebildet ist, wie beispielsweise eines Dokuments.The present invention relates to an image capturing device that captures an image formed on a surface of an object, such as a document.

Stand der TechnikState of the art

Als Bilderfassungs-Einrichtungen zum Erfassen eines Bilds durch Abtasten einer Oberfläche eines Objekts unter Verwendung eines eindimensionalen bildgebenden Elements mit einer Mehrzahl von lichtempfindlichen Pixeln, die in einer Linienform angeordnet sind, sind bildgebende Sensoren bekannt, die als Kontaktbildsensoren (CISs, Contact Image Sensors) bezeichnet werden. Kontaktbildsensoren finden breite Anwendungsmöglichkeiten für bilderfassende Funktionen zum Beispiel von Kopiergeräten, Bildscannern, Facsimile-Geräten oder dergleichen. Kontaktbildsensoren dieser Typen verwenden ein optisches Element, das als eine Stablinsen-Anordnung bezeichnet wird, um ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung zu erzeugen, so dass ein Problem dahingehend besteht, dass die Tiefenschärfe gering ist. Daher ist zum Beispiel in der Patentliteratur 1 (Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 1994-342 131 ) eine Technik zur Verbesserung der Tiefenschärfe offenbart.As image sensing means for capturing an image by scanning a surface of an object using a one-dimensional imaging member having a plurality of photosensitive pixels arranged in a line shape, there are known imaging sensors called contact image sensors (CISs) become. Contact image sensors find wide applications for image capturing functions of, for example, copiers, image scanners, facsimile machines, or the like. Contact image sensors of these types use an optical element referred to as a rod lens arrangement to produce an upright image with the same magnification, so that there is a problem that the depth of field is small. Therefore, for example, in Patent Literature 1 (Japanese Patent Application Publication JP 1994-342 131 ) discloses a technique for improving the depth of field.

Ein in der Patentliteratur 1 offenbarter Kontaktbildsensor weist eine Mehrzahl von Linsenelementen als ein optisches Element zur Bildung eines aufrechten Bilds mit gleicher Vergrößerung auf. Um die Tiefenschärfe zu verbessern, ist an oder in der Nähe einer emittierenden Oberfläche von jedem der Linsenelemente ein ein Überlappen begrenzendes Element angeordnet, um ein Überlappen von optischen Bildern zu begrenzen, die mittels der Mehrzahl von Linsenelementen erzeugt werden.A contact image sensor disclosed in Patent Literature 1 has a plurality of lens elements as an optical element for forming an upright image at the same magnification. In order to improve the depth of focus, an overlap limiting member is disposed on or near an emitting surface of each of the lens elements to limit overlapping of optical images formed by the plurality of lens elements.

LiteraturlisteBibliography

Patentliteraturpatent literature

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP Nr. 1994-342 131 (zum Beispiel die 2 und 5 sowie die Absätze [0015] bis [0018]).Patent Literature 1: Japanese Patent Application Publication JP No. 1994-342 131 (for example the 2 and 5 and paragraphs [0015] to [0018]).

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Da bei dem Stand der Technik der Patentliteratur 1 ein ein Überlappen begrenzendes Element an oder in der Nähe einer emittierenden Oberfläche von jedem der Linsenelemente angeordnet ist, ist nicht nur das Sichtfeld von jedem der Linsenelemente begrenzt, sondern es ist auch die Menge des abgeschirmten Emissionslichts von jedem der Linsenelemente beträchtlich. Daher besteht ein Problem dahingehend, dass die Menge des empfangenen Lichts in dem eindimensionalen bildgebenden Element abnimmt. Das heißt, an einer emittierenden Oberfläche eines Linsenelements und in der Umgebung derselben überlappen mehrere Lichtstrahlen, die von Punkten in verschiedenen Objekthöhen in dem Sichtfeld des Linsenelements herkommen. Daher resultiert ein Abschirmen von nicht erforderlichen Lichtstrahlen, die von Punkten großer Objekthöhen in der Umgebung des Sichtfelds des Linsenelements herkommen, durch das ein Überlappen begrenzende Element zwangsläufig auch in einem Abschirmen von Lichtstrahlen, die von Punkten geringer Objekthöhen in der Nähe der Mitte des Sichtfelds herkommen. Folglich ist es möglich, dass die Menge des empfangenen Lichts in dem eindimensionalen bildgebenden Element ungünstigerweise und beträchtlich reduziert wird.In the prior art of Patent Literature 1, since an overlap limiting member is disposed at or near an emitting surface of each of the lens elements, not only the field of view of each of the lens elements is limited, but also the amount of the shielded emission light of FIG each of the lens elements considerably. Therefore, there is a problem that the amount of received light in the one-dimensional imaging element decreases. That is, at an emitting surface of a lens element and in the vicinity thereof, a plurality of light beams which come from points at different object heights in the field of view of the lens element overlap. Therefore, shielding unnecessary beams of light originating from points of large object height in the vicinity of the field of view of the lens element, by the overlap limiting member, inevitably results in shielding of light beams originating from points of low object height near the center of the field of view , Consequently, it is possible that the amount of the received light in the one-dimensional imaging element is unfavorably and considerably reduced.

Im Hinblick auf das Vorstehende besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Bilderfassungs-Einrichtung anzugeben, die in der Lage ist, die Tiefenschärfe zu erhöhen, während eine Verringerung der Menge des empfangenen Lichts eines bildgebenden Elements unterbunden wird.In view of the foregoing, the object of the present invention is to provide an image sensing device capable of increasing the depth of field while suppressing a decrease in the amount of received light of an imaging element.

Lösung für das ProblemSolution to the problem

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bilderfassungs-Einrichtung angegeben, die Folgendes aufweist: ein bildgebendes optisches System, das N bildgebende optische Elemente aufweist, die entlang einer Hauptabtastrichtung angeordnet sind, die im Voraus festgelegt wird, wobei N eine ganze Zahl größer als oder gleich 2 ist, wobei jedes der N bildgebenden optischen Elemente auf der Basis von Licht, das von einem Zielobjekt gestreut wird, ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung erzeugt; eine Mikrolinsen-Anordnung, die P Mikro-Kondensorlinsen aufweist, die entlang der Hauptabtastrichtung an Fokuspositionen oder Brennpunkten der N bildgebenden optischen Elemente angeordnet sind, wobei P eine ganze Zahl größer als N ist; sowie eine bildgebende Einheit, die P lichtempfindliche Pixel oder P Sätze von Gruppen lichtempfindlicher Pixel aufweist, die an Positionen angeordnet sind, an denen Lichtstrahlen durch die Mikrolinsen-Anordnung konzentriert werden, und die so angeordnet sind, dass sie jeweils den P Mikro-Kondensorlinsen entsprechen. Jede der Mikro-Kondensorlinsen weist eine Brechkraft derart auf, dass von den Lichtstrahlen, die von dem bildgebenden optischen System her einfallen, die Lichtstrahlen, die unter einem Einfallswinkel innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs einfallen, der im Voraus festgelegt wird, auf Positionen konzentriert werden, die sich von Positionen unterscheiden, auf welche die Lichtstrahlen einfallen, die unter einem Einfallswinkel außerhalb des begrenzten Winkelbereichs einfallen. Die P lichtempfindlichen Pixel oder die P Sätze von Gruppen lichtempfindlicher Pixel weisen einen effektiven lichtempfindlichen Bereich auf, so dass von den Hauptstrahlen, die durch die N bildgebenden optischen Elemente hindurch laufen, nur die Lichtstrahlen empfangen werden, die unter einem Einfallswinkel innerhalb des begrenzten Winkelbereichs auf jede der Mikro-Kondensorlinsen einfallen.According to one aspect of the present invention, there is provided an image sensing apparatus comprising: an imaging optical system having N imaging optical elements arranged along a main scanning direction set in advance, where N is an integer greater than or equal 2 wherein each of the N-based optical elements is based on light, the is scattered by a target object, generates an upright image with the same magnification; a microlens array having P micro-condenser lenses arranged along the main scanning direction at focal positions or focal points of the N-imaging optical elements, where P is an integer greater than N; and an imaging unit having P photosensitive pixels or P sets of groups of photosensitive pixels arranged at positions where light beams are concentrated by the microlens array and arranged to correspond to the P micro-condensing lenses, respectively , Each of the micro-condenser lenses has a refractive power such that, of the light beams incident from the imaging optical system, the light beams incident at an angle of incidence within a limited angular range set in advance are concentrated at positions are different from positions incident on the light rays incident at an incident angle outside the limited angle range. The P photosensitive pixels or the P sets of groups of photosensitive pixels have an effective photosensitive area, so that of the main beams passing through the N-imaging optical elements, only the light beams are received at an incident angle within the limited angle range each of the micro-condenser lenses invade.

Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Tiefenschärfe zu erhöhen, während eine Verringerung der Menge des empfangenen Lichts eines bildgebenden Elements unterbunden wird.According to the present invention, it is possible to increase the depth of focus while suppressing a decrease in the amount of received light of an imaging element.

Figurenlistelist of figures

  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer Bilderfassungs-Einrichtung einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; 1 Fig. 12 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an image sensing device of a first embodiment according to the present invention;
  • 2 stellt schematisch eine erläuternde Abbildung für ein bilderzeugendes Leistungsvermögen einer Stablinse der ersten Ausführungsform dar; 2 Fig. 12 schematically illustrates an illustrative image for an imaging performance of a rod lens of the first embodiment;
  • 3 ist eine Abbildung, die schematisch ein Sichtfeld und einen bilderzeugenden Bereich einer Mehrzahl von Stablinsen darstellt; 3 Fig. 13 is a diagram schematically illustrating a field of view and an imaging area of a plurality of rod lenses;
  • 4 stellt schematisch eine erläuternde Abbildung für ein bilderzeugendes Leistungsvermögen einer Stablinse bei einer Defokussierung dar; 4 Fig. 12 schematically illustrates an illustrative image for imaging performance of a rod lens in defocusing;
  • 5 stellt schematisch eine erläuternde Abbildung für ein bilderzeugendes Leistungsvermögen einer Stablinse bei einer Defokussierung dar; 5 Fig. 12 schematically illustrates an illustrative image for imaging performance of a rod lens in defocusing;
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer Mikrolinsen-Anordnung und eine lichtabschirmende Struktur der ersten Ausführungsform darstellt; 6 Fig. 15 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a microlens array and a light-shielding structure of the first embodiment;
  • 7 ist eine schematische Abbildung, die ein Beispiel für eine wesentliche Konfiguration einer bildgebenden Einheit der ersten Ausführungsform darstellt; 7 Fig. 12 is a schematic diagram illustrating an example of an essential configuration of an imaging unit of the first embodiment;
  • 8A ist eine Abbildung, die schematisch eine Stablinsen-Anordnung der ersten Ausführungsform darstellt, 8A Fig. 12 is a diagram schematically illustrating a rod lens arrangement of the first embodiment;
  • 8B ist eine Abbildung, die eine Gruppe von Strahlen darstellt, die sich in Richtung zu der Stablinsen-Anordnung hin ausbreiten, und 8B FIG. 13 is a diagram illustrating a group of beams propagating toward the rod lens arrangement, and FIG
  • 8C ist eine Abbildung, die schematisch eine Konfiguration in der Umgebung einer bilderzeugenden Ebene darstellt, wo die Gruppe von Strahlen ankommt; 8C Fig. 12 is a diagram schematically illustrating a configuration in the vicinity of an image forming plane where the group of rays arrives;
  • 9 ist eine Abbildung, die schematisch einen optischen Pfad eines Lichtstroms darstellt, der auf eine Mikrolinse der ersten Ausführungsform einfällt; 9 Fig. 12 is a diagram schematically illustrating an optical path of a luminous flux incident on a microlens of the first embodiment;
  • 10 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Einfallswinkel von auf eine Mikrolinse einfallenden parallelen Strahlen und der Konzentrationsposition dieser parallelen Lichtstrahlen veranschaulicht; 10 Fig. 12 is a graph illustrating a relationship between the incident angle of parallel rays incident to a microlens and the concentration position of these parallel light rays;
  • 11 ist eine Abbildung, die schematisch ein Sichtfeld und einen bilderzeugenden Bereich einer Mehrzahl von Stablinsen darstellt; 11 Fig. 13 is a diagram schematically illustrating a field of view and an imaging area of a plurality of rod lenses;
  • 12A und 12B sind Abbildungen, die schematisch optische Pfade eines Lichtstroms darstellen, der durch eine Stablinsen-Anordnung hindurch geht, wenn weder eine Mikrolinsen-Anordnung noch eine lichtabschirmende Struktur vorhanden sind; 12A and 12B Fig. 3 are diagrams schematically illustrating optical paths of a luminous flux passing through a rod lens assembly when neither a microlens array nor a light-shielding structure is present;
  • 13A und 13B sind Abbildungen, die schematisch optische Pfade eines Lichtstroms darstellen, der durch eine Stablinsen-Anordnung hindurch geht, wenn eine Mikrolinsen-Anordnung und eine lichtabschirmende Struktur vorhanden sind; 13A and 13B Figs. 10 are diagrams schematically illustrating optical paths of a luminous flux passing through a rod-lens array when a microlens array and a light-shielding structure are present;
  • 14 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für eine Verteilung einer Lichtmenge auf einer bilderzeugenden Ebene veranschaulicht, die durch eine Simulationsberechnung erhalten wird; 14 Fig. 12 is a graph illustrating an example of a distribution of an amount of light on an image-forming plane obtained by a simulation calculation;
  • 15 ist eine graphische Darstellung, die ein weiteres Beispiel für eine Verteilung einer Lichtmenge auf einer bilderzeugenden Ebene veranschaulicht, die durch eine Simulationsberechnung erhalten wird; 15 Fig. 12 is a graph illustrating another example of a distribution of an amount of light on an image-forming plane obtained by a simulation calculation;
  • 16 ist eine Abbildung, die schematisch einen optischen Pfad eines Lichtstroms darstellt, der auf eine Mikrolinse der ersten Ausführungsform einfällt; 16 Fig. 12 is a diagram schematically illustrating an optical path of a luminous flux incident on a microlens of the first embodiment;
  • 17 ist eine perspektivische Ansicht, die ein schematisches Konfigurationsbeispiel für eine Mikrolinsen-Anordnung einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; 17 Fig. 15 is a perspective view illustrating a schematic configuration example of a microlens array of a second embodiment according to the present invention;
  • 18A ist eine Abbildung, die ein Beispiel für ein bildgebendes optisches Element darstellt, das ein bildgebendes optisches System einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, und 18A Fig. 12 is a diagram illustrating an example of an imaging optical element constituting an imaging optical system of a third embodiment according to the present invention, and Figs
  • 18B ist eine Abbildung, die ein Beispiel für das bildgebende optische System der dritten Ausführungsform darstellt; 18B Fig. 12 is a diagram illustrating an example of the imaging optical system of the third embodiment;
  • 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration einer bildgebenden Einheit einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; 19 Fig. 10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an imaging unit of a fourth embodiment according to the present invention;
  • 20 ist eine schematische Abbildung, die ein Beispiel für die wesentliche Konfiguration einer bildgebenden Einheit der vierten Ausführungsform darstellt; 20 Fig. 12 is a schematic diagram illustrating an example of the essential configuration of an imaging unit of the fourth embodiment;
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel für einen Aufbau einer lichtabschirmenden Struktur einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; 21 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a structure of a light-shielding structure of a fifth embodiment according to the present invention;
  • 22 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration für eine Bilderfassungs-Einrichtung einer sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; 22 Fig. 12 is a perspective view illustrating a schematic configuration for an image sensing device of a sixth embodiment according to the present invention;
  • 23 ist eine Abbildung, die schematisch eine positionelle Beziehung zwischen einer Stablinsen-Anordnung, einer Mikrolinsen-Anordnung, einer bildgebenden Einheit und einem Sensorsubstrat einer sechsten Ausführungsform darstellt; 23 Fig. 12 is a diagram schematically illustrating a positional relationship between a rod lens assembly, a microlens array, an imaging unit, and a sensor substrate of a sixth embodiment;
  • 24 ist eine Abbildung, die Mikrolinsen und lichtempfindliche Pixel der sechsten Ausführungsform darstellt; 24 Fig. 10 is a diagram illustrating microlenses and photosensitive pixels of the sixth embodiment;
  • 25 ist eine Abbildung, die Konzentrationspositionen auf einer Brennebene von Stablinsen der sechsten Ausführungsform darstellt; 25 Fig. 12 is a diagram illustrating concentration positions on a focal plane of rod lenses of the sixth embodiment;
  • 26 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Einfallswinkel von Lichtstrahlen auf eine Mikrolinse und der Konzentrationsposition veranschaulicht; 26 Fig. 16 is a graph illustrating a relationship between the angle of incidence of light rays on a microlens and the concentration position;
  • 27 ist eine Abbildung, die eine Anordnung von Mikrolinsen und lichtempfindlichen Pixeln der sechsten Ausführungsform darstellt; 27 Fig. 10 is a diagram illustrating an arrangement of microlenses and photosensitive pixels of the sixth embodiment;
  • 28A bis 28D sind Abbildungen, die Beispiele für ein auf eine Mikrolinse einfallendes Licht darstellen; 28A to 28D Figures are illustrations showing examples of light incident on a microlens;
  • 29 ist eine graphische Darstellung, die eine exemplarische Beziehung zwischen dem Einfallswinkel von Lichtstrahlen auf eine Mikrolinse und der Konzentrationsposition veranschaulicht; 29 Fig. 12 is a graph illustrating an exemplary relationship between the angle of incidence of light rays on a microlens and the concentration position;
  • 30 stellt schematisch eine erläuternde Abbildung eines effektiven lichtempfindlichen Bereichs der sechsten Ausführungsform dar; 30 Fig. 12 schematically illustrates an explanatory diagram of an effective photosensitive area of the sixth embodiment;
  • 31 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Bildsignalprozessors der sechsten Ausführungsform darstellt; 31 Fig. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an image signal processor of the sixth embodiment;
  • 32 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren einer Bildverarbeitung der sechsten Ausführungsform darstellt; 32 Fig. 10 is a flowchart illustrating an exemplary method of image processing of the sixth embodiment;
  • 33 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für ein zu erfassendes Bild darstellt; 33 Fig. 10 is a diagram illustrating an example of an image to be captured;
  • 34A bis 34I sind erläuternde Abbildungen von Simulationsresultaten einer Bildverarbeitung; 34A to 34I are explanatory illustrations of simulation results of image processing;
  • 35A bis 35D sind erläuternde Abbildungen eines Beispiels für eine Bildabgleich-Verarbeitung (Schritt ST3); 35A to 35D Fig. 10 are explanatory diagrams of an example of image matching processing (step ST3);
  • 36 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Bildsignalprozessors darstellt, der in einer Bilderfassungs-Einrichtung einer siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist; 36 Fig. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an image signal processor included in an image sensing device of a seventh embodiment according to the present invention;
  • 37 ist ein Flussdiagramm; das ein exemplarisches Verfahren einer Bildverarbeitung der siebten Ausführungsform darstellt. 37 is a flowchart; FIG. 12 illustrates an exemplary method of image processing of the seventh embodiment.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

Erste AusführungsformFirst embodiment

1 ist eine perspektivische Ansicht, die den wesentlichen Teil einer Konfiguration einer Bilderfassungs-Einrichtung 1 einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. Wie in 1 dargestellt, weist die Bilderfassungs-Einrichtung 1 eine Kontaktbildsensor-Einheit 10 auf (auf die im Folgenden als eine „CIS-Einheit 10“ Bezug genommen wird), bei der es sich um eine Bilderfassungs-Einheit handelt, und weist einen Bildsignalprozessor 40 auf, der ein Signal für das erfasste Bild erzeugt, indem an einem Ausgangssignal der CIS-Einheit 10 eine Bildverarbeitung durchgeführt wird. Bei dem Zielobjekt 2 handelt es sich zum Beispiel um ein Flächenkörperobjekt, wie beispielsweise ein Papiermedium. 1 Fig. 13 is a perspective view illustrating the essential part of a configuration of an image sensing device 1 a first embodiment according to the present invention schematically represents. As in 1 shown has the image capture device 1 a contact image sensor unit 10 (hereinafter referred to as a "CIS unit 10"), which is an image acquisition unit, and has an image signal processor 40 which generates a signal for the captured image by an output of the CIS unit 10 an image processing is performed. At the target object 2 For example, it is a sheet object such as a paper medium.

Die CIS-Einheit 10 weist Folgendes auf: eine Lichtquelle 11, die entlang der Hauptabtastrichtung x (der lateralen Richtung in 1) ein linienförmiges Beleuchtungslicht LT zu einer abzutastenden Oberfläche des Zielobjekts 2 hin emittiert; eine Stablinsen-Anordnung 20, bei der es sich um ein bildgebendes optisches System handelt, das auf der Basis von gestreutem Licht, das von der abzutastenden Oberfläche des Zielobjekts 2 reflektiert und gestreut wird, eine Mehrzahl von aufrechten Bildern mit gleicher Vergrößerung erzeugt; eine Mikrolinsen-Anordnung 33, die an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Stablinsen-Anordnung 20 angeordnet ist; eine bildgebende Einheit 31, die eine große Anzahl von lichtempfindlichen Pixeln aufweist, die das mittels der Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentrierte Licht empfangen; eine lichtabschirmende Struktur (nicht dargestellt), die zwischen der bildgebenden Einheit 31 und der Mikrolinsen-Anordnung 33 ausgebildet ist; sowie ein Sensorsubstrat 30. Die Stablinsen-Anordnung 20, das Sensorsubstrat 30, die bildgebende Einheit 31, die Mikrolinsen-Anordnung 33 sowie die lichtabschirmende Struktur sind in einem einzelnen Gehäuse 12 montiert.The CIS unit 10 indicates: a light source 11 along the main scanning direction x (the lateral direction in 1 ) a line-shaped illumination light LT to a surface to be scanned of the target object 2 emitted; a rod lens arrangement 20 , which is an imaging optical system based on scattered light from the surface of the target to be scanned 2 is reflected and scattered, generates a plurality of upright images with the same magnification; a microlens array 33 at the focus position or focal point of the rod lens assembly 20 is arranged; an imaging unit 31 having a large number of photosensitive pixels by means of the microlens array 33 receive concentrated light; a light-shielding structure (not shown) disposed between the imaging unit 31 and the microlens array 33 is trained; and a sensor substrate 30 , The rod lens arrangement 20 , the sensor substrate 30 , the imaging unit 31 , the microlens arrangement 33 and the light-shielding structure are in a single housing 12 assembled.

Die Bilderfassungs-Einrichtung 1 weist ferner einen (nicht dargestellten) Abtastantriebsmechanismus auf, der die CIS-Einheit 10 relativ entlang einer Sub-Abtastrichtung y orthogonal zu der Hauptabtastrichtung x in Bezug auf das Zielobjekt 2 verschiebt. Die abzutastende Oberfläche des Zielobjekts 2 ist zweidimensional entlang der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y verteilt. Daher kann die gesamte abzutastende Oberfläche abgetastet werden, wobei die CIS-Einheit 10 relativ entlang der Sub-Abtastrichtung y in Bezug auf das Zielobjekt 2 verschoben wird. Es ist anzumerken, dass der Abtastantriebsmechanismus irgendeiner von einem Mechanismus, der die CIS-Einheit 10 in der Sub-Abtastrichtung y relativ zu dem Zielobjekt 2 verschiebt, oder einem Mechanismus sein kann, der das Zielobjekt 2 in der Sub-Abtastrichtung y relativ zu der CIS-Einheit 10 verschiebt.The image capture device 1 also includes a scan drive mechanism (not shown) that houses the CIS unit 10 relatively along a sub-scanning direction y orthogonal to the main scanning direction x in relation to the target object 2 shifts. The surface to be scanned of the target object 2 is two-dimensional along the main scanning direction x and the sub-scanning direction y distributed. Therefore, the entire surface to be scanned can be scanned using the CIS unit 10 relatively along the sub-scanning direction y in relation to the target object 2 is moved. It should be noted that the scan drive mechanism is any of a mechanism that incorporates the CIS unit 10 in the sub-scanning direction y relative to the target object 2 shifts, or may be a mechanism that is the target object 2 in the sub-scanning direction y relative to the CIS unit 10 shifts.

Als die Lichtquelle 11 kann zum Beispiel eine Lichtquelle mit hoher Lumineszenz verwendet werden, wie beispielsweise eine Lichtquelle einer lichtemittierenden Diode, eine organische EL(Elektrolumineszenz)-Lichtquelle und eine Leuchtstoffröhre. Bei dem Beispiel von 1 sind die Lichtquelle 11 und das Gehäuse 12 getrennt voneinander angeordnet, obwohl keine Beschränkung darauf beabsichtigt ist. Die Lichtquelle 11 kann an dem Gehäuse 12 angebracht sein.As the light source 11 For example, a high-luminescence light source such as a light emitting diode light source, an organic EL (electroluminescent) light source, and a fluorescent tube may be used. In the example of 1 are the light source 11 and the case 12 although they are not intended to be so limited. The light source 11 can be attached to the case 12 to be appropriate.

Wie in 1 dargestellt, ist die Lichtquelle 11 in Bezug auf das Zielobjekt 2 auf der gleichen Seite wie die Stablinsen-Anordnung 20 angeordnet. Im Gegensatz dazu kann eine andere Lichtquelle auf der entgegengesetzten Seite des Zielobjekts 2 angeordnet sein, so dass Licht, das durch die abzutastende Oberfläche des Zielobjekts 2 transmittiert und gestreut wird, in die Stablinsen-Anordnung 20 eintritt. Dies ermöglicht die Realisierung einer Bilderfassungs-Einrichtung, die basierend auf transmittiertem gestreutem Licht wie bei einem Banknoten-Lesegerät, das für Bankomate (ATMs, Automated Teller Machines) verwendet wird, ein erfasstes Bild erzeugt.As in 1 shown, is the light source 11 in relation to the target object 2 on the same page as the rod lens arrangement 20 arranged. In contrast, another light source may be on the opposite side of the target object 2 be arranged so that light passing through the surface of the target object to be scanned 2 is transmitted and scattered, in the rod lens arrangement 20 entry. This makes it possible to realize an image sensing device that generates a captured image based on transmitted scattered light, such as a banknote reader used for ATM (Automated Teller Machines).

Bei der Stablinsen-Anordnung 20 handelt es sich um ein bildgebendes optisches System, das eine Mehrzahl von Stablinsen 211, 212, ..., 21N aufweist, die entlang der Hauptabtastrichtung x als bildgebende optische Elemente angeordnet sind. Wie in 1 dargestellt, weist jede der Stablinsen eine zylindrische Gestalt auf, die sich entlang der Richtung einer z-Achse orthogonal sowohl zu der Hauptabtastrichtung x als auch zu der Sub-Abtastrichtung y erstreckt, und ist aus einem lichtdurchlässigen optischen Material hergestellt. Des Weiteren weist jede der Stablinsen die eine der beiden Endoberflächen in der Längsrichtung der Stablinse als eine Einfallsoberfläche und die andere der beiden Endoberflächen als eine emittierende Oberfläche auf und erzeugt durch sich in der Längsrichtung ausbreitendes gestreutes Licht, das von dem Zielobjekt 2 hereinfällt, ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung auf einer bilderzeugenden Ebene. Im Inneren jeder der Stablinsen ist eine Brechungsindex-Verteilung ausgebildet, in der sich der Brechungsindex in der radialen Richtung derselben kontinuierlich ändert. Durch Steuern dieser Brechungsindex-Verteilung können sich Lichtstrahlen, die ins Innere jeder der Stablinsen eingetreten sind, in der Form einer im Wesentlichen sinusförmigen Welle entlang der Längsrichtung ausbreiten. Durch Einstellen der Gesamtlänge jeder der Stablinsen in der Richtung der optischen Achse auf eine geeignete Länge ist es möglich, eine Stablinse herzustellen, die ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung erzeugt.In the rod lens arrangement 20 It is an imaging optical system that has a plurality of rod lenses 211 . 212 , ..., 21 N along the main scanning direction x as an imaging optical elements are arranged. As in 1 1, each of the rod lenses has a cylindrical shape that is orthogonal along the direction of a z-axis in both the main scanning direction x as well as to the sub-scanning direction y extends, and is made of a translucent optical material. Further, each of the rod lenses has the one of the two end surfaces in the longitudinal direction of the rod lens as an incident surface and the other of the two end surfaces as an emitting surface, and generates scattered light propagating in the longitudinal direction from the target object 2 is an upright image of equal magnification on an image-forming plane. Inside each of the rod lenses, a refractive index distribution is formed in which the refractive index continuously changes in the radial direction thereof. By controlling this refractive index distribution, light beams which have entered inside of each of the rod lenses can propagate in the form of a substantially sinusoidal wave along the longitudinal direction. By setting the total length of each of the rod lenses in the direction of the optical axis to an appropriate length, it is possible to produce a rod lens that produces an upright image with the same magnification.

2 stellt eine erläuternde Abbildung für ein bilderzeugendes Leistungsvermögen einer n-ten Stablinse 21n der ersten Ausführungsform schematisch dar. Wie in 2 dargestellt, breiten sich einfallende Lichtströme IL1, IL2 und IL3, die von Punkten A1, A2 und A3 auf einer Objektebene OP in die Stablinse 21n eingetreten sind, im Inneren der Stablinse 21n in der Form einer im Wesentlichen sinusförmigen Welle aus und werden dann als emittierte Lichtströme OL1, OL2 beziehungsweise OL3 emittiert. Dann werden die emittierten Lichtströme OL1, OL2 und OL3 an Punkten B1, B2 beziehungsweise B3 auf einer bilderzeugenden Ebene IP konzentriert. Um ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung zu erzeugen, muss die Position der Objektebene OP und der bilderzeugenden Ebene IP eindeutig bestimmt sein. Ein Abstand in der Richtung der optischen Achse zwischen der Objektebene OP und der Einfallsoberfläche der Stablinse 21n sei L1, und ein Abstand in der Richtung der optischen Achse zwischen der emittierenden Oberfläche der Stablinse 21n und der bilderzeugenden Ebene IP sei L2. Hierbei ist es notwendig, dass ein Abstand La, der für die Stablinse 21n spezifisch ist, die folgenden Ausdrücke erfüllt: L 1 = La und L 2 = La .

Figure DE112017001126T5_0001
2 Fig. 10 is an explanatory diagram for an image-forming performance of an n-th rod lens 21 n of the first embodiment schematically. As in 2 As shown, incident light fluxes IL1, IL2 and IL3 propagate from points A1 . A2 and A3 on an object plane OP in the rod lens 21 n occurred inside the rod lens 21 n in the form of a substantially sinusoidal wave and are then emitted as luminous fluxes OL1 . OL2 respectively OL3 emitted. Then the emitted luminous fluxes become OL1 . OL2 and OL3 at points B1 . B2 respectively B3 concentrated on an image-forming level IP. In order to produce an upright image with the same magnification, the position of the object plane OP and the image-forming plane IP must be uniquely determined. A distance in the direction of the optical axis between the object plane OP and the incident surface of the rod lens 21 n be L1 , and a distance in the direction of the optical axis between the emitting surface of the rod lens 21 n and the image forming level is IP L2 , Here it is necessary that a distance La, for the rod lens 21 n is specific, satisfies the following expressions: L 1 = La and L 2 = La ,
Figure DE112017001126T5_0001

Wenn diese Beziehungen gelten, werden die einfallenden Lichtströme IL1, IL2 und IL3 auf einer dazwischenliegenden bilderzeugenden Ebene IMP an einer dazwischenliegenden Position in der Stablinse 21n konzentriert. Wie aus 2 ersichtlich, wird ein Bild auf der Objektebene OP in ein invertiertes und verkleinertes dazwischenliegendes Bild auf der dazwischenliegenden bilderzeugenden Ebene IMP umgewandelt. Dieses dazwischenliegende Bild wird weiter übertragen und transferiert und erzeugt ein invertiertes vergrößertes Bild auf der bilderzeugenden Ebene IP. Die Punkte B1, B2 und B3 auf der bilderzeugenden Ebene IP entsprechen jeweils den Punkten A1, A2 und A3 auf der Objektebene OP und sind im gleichen Abstand wie dem Abstand der Punkte A1, A2 und A3 angeordnet. Des Weiteren wird das Bild auf der Objektebene OP mittels der Stablinse 21n in das aufrechte Bild mit gleicher Vergrößerung auf der bilderzeugenden Ebene IP umgewandelt. Ein Abstand von dem Punkt A2 zu dem Punkt A1 sei x1, und ein Abstand von dem Punkt B2 zu dem Punkt B1 sei x2, und es gilt die folgende Gleichung: x 2 / x 1 = 1.

Figure DE112017001126T5_0002
When these relationships apply, the incident luminous fluxes become IL-1 . IL2 and IL3 on an intermediate image forming plane IMP at an intermediate position in the rod lens 21 n concentrated. How out 2 As can be seen, an image on the object plane OP is converted to an inverted and reduced intervening image on the intermediate image-forming plane IMP. This intermediate image is further transferred and transferred and generates an inverted enlarged image on the image-forming plane IP. The points B1 . B2 and B3 at the image-forming level IP respectively correspond to the points A1 . A2 and A3 on the object plane OP and are the same distance as the distance of the points A1 . A2 and A3 arranged. Furthermore, the image on the object plane OP by means of the rod lens 21 n converted into the upright image with the same magnification on the image-forming level IP. A distance from the point A2 to the point A1 be x1 , and a distance from the point B2 to the point B1 be x2 , and the following equation holds: x 2 / x 1 = 1.
Figure DE112017001126T5_0002

Des Weiteren sei ein Einfallswinkel des Hauptstrahls des einfallenden Lichtstroms IL1, der sich von dem Punkt A1 aus ausbreitet, gleich φin, und ein Emissionswinkel des Hauptstrahls des emittierten Lichtstroms OL1, der sich in Richtung zu dem Punkt B1 hin ausbreitet, sei gleich φout . Hierbei gilt die folgende Gleichung (1): φ in = φ out .

Figure DE112017001126T5_0003
Furthermore, let be an angle of incidence of the principal ray of the incident luminous flux IL-1 that is different from the point A1 from propagates, equal to φ in , and an emission angle of the main beam of the emitted luminous flux OL1 moving towards the point B1 spread out, be the same φ out , Here, the following equation (1) applies: φ in = φ out ,
Figure DE112017001126T5_0003

Eine derartige Beziehung zwischen dem Einfallswinkel φin und dem Emissionswinkel φout gilt in einer ähnlichen Weise zwischen dem einfallenden Lichtstrom IL2 und dem emittierten Lichtstrom OL2 sowie zwischen dem einfallenden Lichtstrom IL3 und dem emittierten Lichtstrom OL3. Wie vorstehend beschrieben, erzeugt die einzelne Stablinse 21n ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung auf der bilderzeugenden Ebene IP. Die Stablinsen-Anordnung 20 der vorliegenden Ausführungsform weist N Stablinsen 211 bis 21N mit der gleichen Konfiguration wie jener der Stablinse 21n von 2 auf, die in einer Linie entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind.Such a relationship between the angle of incidence in and the emission angle φ out applies in a similar way between the incident luminous flux IL2 and the emitted luminous flux OL2 as well as between the incident luminous flux IL3 and the emitted luminous flux OL3 , As described above, the single rod lens generates 21 n an upright image of equal magnification on the image-forming plane IP. The rod lens arrangement 20 In the present embodiment, N has rod lenses 211 to 21 N with the same configuration as the rod lens 21 n from 2 up in a line along the main scanning direction x are arranged.

3 ist eine Abbildung, die das Sichtfeld und den bilderzeugenden Bereich der in der Stablinsen-Anordnung 20 enthaltenen Stablinsen 21n-1 , 21n , 21n+1 und 21n+2 schematisch darstellt. In dem Beispiel von 3 sind die Mikrolinsen-Anordnung 33 und die lichtabschirmende Struktur 35, die später beschrieben werden, nicht berücksichtigt. Wie in 3 dargestellt, weisen die Stablinsen 21n-1 , 21n , 21n+1 und 21n+2 Sichtfelder Fn-1 , Fn , Fn+1 beziehungsweise Fn+2 auf. Hierbei bezieht sich ein Sichtfeld auf einen Bereich aus einer Objektebene OP, den Bereich, in dem ein Bild auf der Objekteben OP auf eine bilderzeugende Ebene IP übertragen werden kann. Darüber hinaus bilden die Stablinsen 21n-1 , 21n , 21n+1 und 21n+2 Bereiche, in denen ein Bild auf die bilderzeugende Ebene IP übertragen wird, das heißt bilderzeugende Bereiche An-1 , An , An+1 beziehungsweise An+2. Hierbei ist ein Punkt P1 auf der Objektebene OP in sämtlichen der Sichtfelder Fn-1 , Fn und Fn+1 enthalten, die Stablinsen 21n-1 , 21n und 21n+1 bilden drei Punktbilder an der gleichen Position Q1. Auf diese Weise weist eine Mehrzahl von Stablinsen (insbesondere benachbarte Stablinsen) in der Stablinsen-Anordnung 20 Sichtfelder auf, die miteinander überlagert sind, und erzeugt aufrechte Bilder mit gleicher Vergrößerung, die miteinander überlagert sind. Daher überlappt die Mehrzahl von Bildern, die mittels der Stablinsen 211 bis 21N übertragen werden, auf der bilderzeugenden Ebene IP miteinander und erzeugt ein Bild. 3 is an illustration showing the field of view and the imaging area of the rod lens assembly 20 contained rod lenses 21 n-1 . 21 n . 21 n + 1 and 21n + 2 schematically represents. In the example of 3 are the microlens arrangement 33 and the light-shielding structure 35 not described later. As in 3 Shown are the rod lenses 21 n-1 . 21 n . 21 n + 1 and 21n + 2 fields of view F n-1 . F n . Fn + 1 respectively Fn + 2 on. Here, a field of view refers to a region of an object plane OP, the region in which an image on the object plane OP can be transferred to an image-forming plane IP. In addition, the rod lenses form 21 n-1 . 21 n . 21 n + 1 and 21n + 2 Areas where an image is transferred to the image-forming plane IP, that is, image-forming areas A n-1 . A n . A n + 1 or An + 2. Here's a point P1 on the object plane OP in all of the fields of view Fn -1 . F n and F n + 1 , the rod lenses 21 n-1 . 21 n and 21 n + 1 Make three dot pictures at the same position Q1 , In this way, a plurality of rod lenses (in particular adjacent rod lenses) in the rod lens arrangement 20 Fields of view that are superimposed on each other, and creates upright images with the same magnification, which are superimposed with each other. Therefore, the plurality of images overlapped by the rod lenses overlap 211 to 21 N be transmitted on the image-forming level IP and creates an image.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 das bilderzeugende Leistungsvermögen der Stablinse 21n bei einer Defokussierung beschrieben. 4 ist eine Abbildung, die optische Pfade in dem Fall darstellt, in dem eine Objektebene OP1 an einer Position ausgebildet ist, die um -Δz in der Richtung einer z-Achse von einer Objektebene OP im Fokus aus verschoben ist, und 5 ist eine Abbildung, die optische Pfade in dem Fall darstellt, in dem eine Objektebene OP2 an einer Position ausgebildet ist, die um +Δz in der Richtung der z-Achse von der Objektebene OP im Fokus aus verschoben ist. Bei den Beispielen der 4 und 5 sind die Mikrolinsen-Anordnung 33 und die lichtabschirmende Struktur 35, die später beschrieben werden, nicht berücksichtigt.Next, referring to the 4 and 5 the imaging performance of the rod lens 21 n described at a defocusing. 4 FIG. 13 is a diagram illustrating optical paths in the case where an object plane OP 1 is formed at a position shifted by -Δz in the direction of a z-axis from an object plane OP in focus, and 5 FIG. 13 is a diagram illustrating optical paths in the case where an object plane OP 2 is formed at a position shifted by + .DELTA.z in the z-axis direction from the object plane OP in focus. In the examples of 4 and 5 are the microlens arrangement 33 and the light-shielding structure 35 not described later.

Wie in 4 dargestellt, erzeugen einfallende Lichtströme IL1, IL2 und IL3, die von Punkten A1a, A2a und A3a auf der Objektebene OP1 aus, die defokussiert ist, in das Innere der Stablinse 21n eingetreten sind, ein dazwischenliegendes Bild auf einer dazwischenliegenden bilderzeugenden Ebene IMP1 im Inneren der Stablinse 21n und werden dann als die emittierten Lichtströme OL1, OL2 beziehungsweise OL3 emittiert. Die emittierten Lichtströme OL1, OL2 und OL3 werden auf der bilderzeugenden Ebene IP1 konzentriert und breiten sich dann zu Punkten B1, B2 und B3 auf einer bilderzeugenden Ebene IP im Fokus aus. Da die Objektebene OP1 , die defokussiert ist, an einer Position ausgebildet ist, die sich in der Richtung der z-Achse um -Δz von der Objektebene OP im Fokus entfernt befindet, ist die dazwischenliegende bilderzeugende Ebene IMP1 ebenfalls an einer Position ausgebildet, die sich in der Richtung der negativen z-Achse auf der linken Seite entfernt von einer dazwischenliegenden Position der Stablinse 21n befindet. Außerdem ist eine bilderzeugende Ebene IP1 an einer Position auf der linken Seite der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus ausgebildet. Wenn es sich bei Δz um einen kleinen Wert handelt, ist die bilderzeugende Ebene IP1 an einer Position ausgebildet, die sich in der Richtung der z-Achse um ungefähr -Δz entfernt von der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus befindet. Da ein Einfallswinkel φin gleich einem Emissionswinkel φout ist, wird ein Bild auf der Objektebene OP1 , das defokussiert ist und mit aufrechter, gleichmäßiger Vergrößerung übertragen wird, auf eine Bildebene IP2 an einer Position übertragen, die sich in der Richtung der z-Achse um +Δz entfernt von der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus befindet. Daher werden die folgenden zwei Punkte Γ1 und Σ1 abgeleitet.

  • - Punkt Γ1: Da sich die Bildebene IP2 auf der rechten Seite der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus befindet, handelt es sich bei der Vergrößerung (der Transfer-Vergrößerung) des Bilds, das auf der bilderzeugenden Ebene IP erzeugt wird, um eine Verkleinerung.
  • - Punkt Σ1: Da sich die bilderzeugende Ebene IP im Fokus auf der rechten Seite der bilderzeugenden Ebene IP1 befindet, die defokussiert ist, handelt es sich bei einem Bild, das auf der bilderzeugenden Ebene IP erzeugt wird, um ein unscharfes Bild außerhalb des Fokus.
As in 4 represented, generate incident light fluxes IL-1 . IL2 and IL3 that of points A1a . A2a and A3a at the object level OP 1 out, which is defocused, into the interior of the rod lens 21 n an intermediate image on an intermediate image-forming plane IMP 1 inside the rod lens 21 n and then as the emitted luminous fluxes OL1 . OL2 respectively OL3 emitted. The emitted luminous fluxes OL1 . OL2 and OL3 be on the image-forming level IP 1 concentrated and then spread to points B1 . B2 and B3 focus on an image-forming IP level. Because the object plane OP 1 , which is defocused, is formed at a position distant from the object plane OP in focus in the direction of the z-axis by -Δz, is the intermediate image-forming plane IMP 1 is also formed at a position away in the direction of the negative z-axis on the left side from an intermediate position of the rod lens 21 n located. It is also an image-forming layer IP 1 formed at a position on the left side of the image-forming plane IP in focus. When Δz is a small value, the image-forming plane is IP 1 is formed at a position which is in focus in the z-axis direction by approximately -Δz away from the image-forming plane IP. Because an angle of incidence in equal to an emission angle φ out is, becomes an image at the object level OP 1 , which is defocused and transmitted with upright, even magnification, on an image plane IP 2 at a position which is in focus in the z-axis direction by + Δz away from the image-forming plane IP. Therefore, the following two points Γ1 and Σ1 are derived.
  • - Point Γ1: Since the picture plane IP 2 On the right side of the image-forming plane IP is in focus, the magnification (transfer magnification) of the image formed on the image-forming plane IP is a reduction.
  • Point Σ1: Since the image-forming plane IP is in focus on the right side of the image-forming plane IP 1 That is, when it is defocused, an image formed on the image-forming plane IP is a blurred image out of focus.

In Bezug auf Γ1 ist, wenn ein Abstand in der Richtung der x-Achse von dem Punkt A2a zu dem Punkt A1a gleich x1a ist, das Verhältnis des Abstands x2 (2) zu dem Abstand x1a kleiner als 1, wie in der folgenden Ungleichung wiedergegeben: x 2 / x 1 a = 1.

Figure DE112017001126T5_0004
With respect to Γ1, when a distance in the x-axis direction from the point A2a to the point A1a is the same x1a is, the ratio of the distance x2 ( 2 ) to the distance x1a less than 1 as shown in the following inequality: x 2 / x 1 a = 1.
Figure DE112017001126T5_0004

Wenn eine Situation auftritt, in der die Transfer-Vergrößerung eines Bilds zwischen benachbarten Stablinsen in der Stablinsen-Anordnung 20 aufgrund des Punkts Γ1 unterschiedlich ist, tritt eine positionelle Verschiebung zwischen den Bildern auf, die von jeder der benachbarten Stablinsen erzeugt werden. Im Ergebnis wird ein Kompositbild erzeugt, bei dem zwei, drei oder mehr positionelle Verschiebungen des Bilds auftreten. Des Weiteren wird aufgrund des Punkts Σ1 ein unscharfes Kompositbild erzeugt, das sich außerhalb des Fokus befindet. Daher wird ein mittels der gesamten Stablinsen-Anordnung 20 erzeugtes Bild verschlechtert.When a situation occurs in which the transfer magnification of an image between adjacent rod lenses in the rod lens arrangement occurs 20 is different due to the point Γ1, a positional shift occurs between the images generated by each of the adjacent rod lenses. As a result, a composite image is formed in which two, three or more positional shifts of the image occur. Furthermore, due to the point Σ1, a blurred composite image is generated which is out of focus. Therefore, a means of the entire rod lens arrangement 20 generated image deteriorates.

Hierbei ist der Grad der Verschlechterung eines Bilds im Fall des Punkt Γ1 größer als im Fall des Punkts Σ1. Der Grund dafür wird nachstehend erläutert. Wie in 4 dargestellt, sei nun ein Konzentrationswinkel (die Hälfte des Winkels eines Kegels) des emittierten Lichtstroms OL1, der an dem Punkt B1 konzentriert wird, gleich θ2, und ein Einfallswinkel auf die bilderzeugende Ebene IP des Hauptstrahls des emittierten Lichtstroms OL1, der an dem Punkt B1 ankommt, sei gleich θ1. Unter der Annahme, dass ein Abstand zwischen der optischen Achse der Stablinse 21n und dem Punkt B1 in der Richtung der x-Achse größer als der Radius der Stablinse 21n ist, ist es ersichtlich, dass der Einfallswinkel θ1 größer als der Konzentrationswinkel θ2 ist, wie in der folgenden Ungleichung wiedergegeben: θ 1 / θ 2.

Figure DE112017001126T5_0005
Here, the degree of deterioration of an image is the case of the dot Γ1 greater than in the case of the point Σ1 , The reason will be explained below. As in 4 Let us now consider a concentration angle (half the angle of a cone) of the emitted luminous flux OL1 that at the point B1 is concentrated, the same θ2 , and an angle of incidence on the image-forming plane IP of the principal ray of the emitted luminous flux OL1 that at the point B1 arrives, be equal θ1 , Assuming that there is a distance between the optical axis of the rod lens 21 n and the point B1 in the x-axis direction greater than the radius of the rod lens 21 n is, it can be seen that the angle of incidence θ1 greater than the concentration angle θ2 is, as shown in the following inequality: θ 1 / θ Second
Figure DE112017001126T5_0005

Das Ausmaß der Verschiebung eines Bilds aufgrund des Punkts Γ1 ist etwa gleich Δz x θ1, und der Radius eines unscharfen Bilds, der durch den Punkt Σ1 verursacht wird, ist etwa gleich Δz x θ2. Daher ist der Grad der Verschlechterung eines Bilds im Fall des Punkts Γ1 größer als im Fall des Punkts Σ1.The amount of shift of an image due to the point Γ1 is approximately equal to Δz x θ1, and the radius of a blurred image passing through the point Σ1 is about equal to Δz x θ2. Therefore, the degree of deterioration of an image is in the case of the dot Γ1 greater than in the case of the point Σ1 ,

Andererseits erzeugen die einfallenden Lichtströme IL1, IL2 und IL3, die von Punkten Alb, A2b und A3b auf der Objektebene OP2 aus, die defokussiert ist, in das Innere der Stablinse 21n eingetreten sind, in dem Fall einer Defokussierung ein dazwischenliegendes Bild auf einer dazwischenliegenden bilderzeugenden Ebene IMP2 im Inneren der Stablinse 21n und werden dann emittiert. Der emittierte Lichtstrom wird auf der bilderzeugenden Ebene IP2 konzentriert. Im Fall einer Defokussierung, die in 5 dargestellt ist, leitet außerdem eine ähnliche Untersuchung wie jene des in 4 dargestellten Falls die folgenden Punkte Γ2 und Σ2 ab.

  • - Punkt Γ2: Bei der Vergrößerung (der Transfer-Vergrößerung) eines Bilds, das auf der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus erzeugt wird, handelt es sich um eine Vergrößerung zur Vergrößerung.
  • - Punkt Σ2: Da sich die bilderzeugende Ebene IP im Fokus auf der linken Seite der bilderzeugenden Ebene IP2 von 5 befindet, die defokussiert ist, handelt es sich bei einem Bild, das auf der bilderzeugenden Ebene IP erzeugt wird, um ein unscharfes Bild außerhalb des Fokus.
On the other hand, the incident luminous fluxes generate IL-1 . IL2 and IL3 that by points Alb, a2b and A3b at the object level OP 2 out, which is defocused, into the interior of the rod lens 21 n have occurred, in the case of defocusing an intermediate image on an intermediate image-forming plane IMP 2 inside the rod lens 21 n and then emitted. The emitted luminous flux is at the image-forming level IP 2 concentrated. In the case of defocusing, which in 5 also conducts a similar investigation as that of the 4 If any of the following points Γ2 and Σ2 from.
  • - Point Γ2 : The enlargement (transfer magnification) of an image formed on the image-forming plane IP in focus is an enlargement magnification.
  • - Point Σ2 : Because the image-forming level IP is in focus on the left side of the image-forming plane IP 2 from 5 That is, when it is defocused, an image formed on the image-forming plane IP is a blurred image out of focus.

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen der 4 und 5 sind die Mikrolinsen-Anordnung 33 und die lichtabschirmende Struktur 35 nicht berücksichtigt. Durch Einsetzen der Mikrolinsen-Anordnung 33 und der lichtabschirmenden Struktur 35, die später beschrieben werden, kann bewirkt werden, dass eine positionelle Verschiebung zwischen Bildern verschwindet, die hauptsächlich durch die vorstehenden Punkte Γ1 und Γ2 verursacht wird und die einen relativ hohen Grad einer Bildverschlechterung verursacht.In the examples of the above-described 4 and 5 are the microlens arrangement 33 and the light-shielding structure 35 not considered. By inserting the microlens array 33 and the light-shielding structure 35 , which will be described later, can be made to disappear a positional shift between images, mainly by the protruding points Γ1 and Γ2 is caused and causes a relatively high degree of image deterioration.

Als nächstes wird die Mikrolinsen-Anordnung 33 und die lichtabschirmende Struktur 35 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration der Mikrolinsen-Anordnung 33 und der lichtabschirmenden Struktur 35 darstellt.Next is the microlens array 33 and the light-shielding structure 35 described. 6 FIG. 15 is a perspective view showing a schematic configuration of the microlens array. FIG 33 and the light-shielding structure 35 represents.

Wie in 6 dargestellt, weist die Mikrolinsen-Anordnung 33 eine große Anzahl von Mikro-Kondensorlinsen 34 auf, die entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind. Jede dieser Mikro-Kondensorlinsen 34 (auf die im Folgenden auch als „Mikrolinsen 34“ Bezug genommen wird) weist eine Linsenoberfläche mit einer zylindrischen Gestalt (eine zylindrische Gestalt) auf, die an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Stablinsen 211 bis 21N angeordnet ist. Diese Linsenoberfläche weist in der Hauptabtastrichtung x eine positive Brechkraft in Bezug auf den Lichtstrom auf, der von der Stablinsen-Anordnung 20 her einfällt, weist jedoch in der Sub-Abtastrichtung y keine Brechkraft auf. Daher weist diese Linsenoberfläche in der Hauptabtastrichtung eine Krümmung ungleich Null (den reziproken Wert des Krümmungsradius) auf, weist jedoch in der Sub-Abtastrichtung y keine Krümmung auf. Des Weiteren weist die Linsenoberfläche mit der zylindrischen Gestalt einen oberen Bereich auf, der sich entlang der Sub-Abtastrichtung y erstreckt. Ein Abstand (ein Rastermaß) Pt in der Hauptabtastrichtung x zwischen oberen Bereichen von benachbarten Mikrolinsen 34 und 34 ist konstant. Des Weiteren weist die Mikrolinsen-Anordnung 33, wie in 6 dargestellt, in der Richtung der z-Achse eine konstante Dicke Ht auf (das heißt, die Dicke in der Richtung der z-Achse zwischen einem oberen Bereich einer Linsenoberfläche einer Mikrolinse 34 und der unteren Oberfläche der Mikrolinse 34). Eine derartige Mikrolinsen-Anordnung kann unter Verwendung eines Linsenmaterials wie beispielsweise eines Harzes oder von Quarz hergestellt werden.As in 6 shown, the microlens arrangement 33 a large number of micro-condenser lenses 34 up, along the main scanning direction x are arranged. Each of these micro-condenser lenses 34 (to which also referred to as "microlenses 34 Is referred to) has a lens surface with a cylindrical shape (a cylindrical shape), the on the focus position or the focal point of the rod lenses 211 to 21 N is arranged. This lens surface faces in the main scanning direction x a positive refractive power with respect to the luminous flux, that of the rod lens arrangement 20 but it points in the sub-scanning direction y no refractive power. Therefore, this lens surface has a non-zero curvature (the reciprocal of the radius of curvature) in the main scanning direction, but points in the sub-scanning direction y no curvature on. Further, the lens surface having the cylindrical shape has an upper portion extending along the sub-scanning direction y extends. A pitch (a pitch) Pt in the main scanning direction x between upper regions of adjacent microlenses 34 and 34 is constant. Furthermore, the microlens arrangement 33 , as in 6 in the z-axis direction, has a constant thickness Ht (that is, the thickness in the z-axis direction between an upper portion of a lens surface of a microlens 34 and the bottom surface of the microlens 34 ). Such a microlens array can be made using a lens material such as a resin or quartz.

Die Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentriert einen von der Stablinsen-Anordnung 20 einfallenden Lichtstrom auf die Gruppen lichtempfindlicher Pixel (in 6 nicht dargestellt) der bildgebenden Einheit 31. Die lichtabschirmende Struktur 35, die aus einem lichtabsorbierenden Material hergestellt ist, ist zwischen der bildgebenden Einheit 31 und der Mikrolinsen-Anordnung 33 ausgebildet. Die lichtabschirmende Struktur 35 ist an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet und weist eine Funktion auf, durch die ein Teil des mittels der Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentrierten Lichts abgeschirmt wird.The microlens arrangement 33 concentrates one of the rod lens arrangement 20 incident luminous flux to the groups of photosensitive pixels (in 6 not shown) of the imaging unit 31 , The light-shielding structure 35 made of a light-absorbing material is between the imaging unit 31 and the microlens array 33 educated. The light-shielding structure 35 is at the focus position or the focal point of the microlens array 33 arranged and has a function by which a part of the means of the microlens array 33 concentrated light is shielded.

Wie in 6 dargestellt, weist die lichtabschirmende Struktur 35 Öffnungen 35s auf, die jeweils an einer Position ausgebildet sind, die jedem der oberen Bereiche der Mikrolinsen 34 entspricht. Jede dieser Öffnungen 35s ist jeweils auf den optischen Achsen der Mikrolinsen 34 angeordnet. Darüber hinaus bildet jede der Öffnungen 35s einen Schlitz, der sich entlang eines oberen Bereichs einer Linsenoberfläche einer entsprechenden Mikrolinse 34 erstreckt. Nur ein Teil des mittels der Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentrierten Lichtstroms kann durch die Öffnung 35s hindurch an einem lichtempfindlichen Pixel ankommen. Ein Anordnungs-Rastermaß der Öffnungen 35s in der Hauptabtastrichtung x ist das gleiche wie das Anordnungs-Rastermaß Pt der oberen Bereiche der Mikrolinse 34. Das Anordnungs-Rastermaß der Stablinsen 211 bis 21N in der Hauptabtastrichtung x ist größer als das Anordnungs-Rastermaß Pt. Wie später beschrieben wird, weist die lichtabschirmende Struktur 35 eine Funktion auf, durch die von den Lichtstrahlen, die auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallen, nicht erforderliche Lichtstrahlen abgeschirmt werden, die unter einem Einfallswinkel einfallen, der größer als ein vorgegebener Grenzwinkel oder gleich diesem ist (das heißt, einem Einfallswinkel außerhalb des begrenzten Winkelbereichs). Als nächstes wird eine Konfiguration der bildgebenden Einheit 31 beschrieben. 7 ist eine schematische Abbildung, die ein Beispiel für die wesentliche Konfiguration der bildgebenden Einheit 31 darstellt.As in 6 shown has the light-shielding structure 35 openings 35s each formed at a position corresponding to each of the upper portions of the microlenses 34 equivalent. Each of these openings 35s is in each case on the optical axes of the microlenses 34 arranged. In addition, each of the openings forms 35s a slot extending along an upper portion of a lens surface of a corresponding microlens 34 extends. Only a part of the microlens arrangement 33 concentrated luminous flux can through the opening 35s through to arrive at a photosensitive pixel. An arrangement pitch of the openings 35s in the main scanning direction x is the same as the arrangement pitch Pt of the upper portions of the microlens 34 , The arrangement pitch of the rod lenses 211 to 21 N in the main scanning direction x is larger than the arrangement pitch Pt. As will be described later, the light-shielding structure 35 a function on, by the light beams, on the microlens array 33 incident, shielding unnecessary light rays incident at an incident angle greater than or equal to a predetermined critical angle (that is, an angle of incidence outside the limited angular range). Next, a configuration of the imaging unit 31 described. 7 Fig. 12 is a schematic diagram showing an example of the essential configuration of the imaging unit 31 represents.

Wie in 7 dargestellt, weist die bildgebende Einheit 31 Folgendes auf: einen Liniensensor 31R für rot, der lichtempfindliche Pixel 32r aufweist, die in einer Linie entlang der Hauptabtastrichtung x auf einem Substrat angeordnet sind, einen Liniensensor 31G für grün, der lichtempfindliche Pixel 32g aufweist, die in einer Linie entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind, sowie einen Liniensensor 31B für blau, der lichtempfindliche Pixel 32b aufweist, die in einer Linie entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind. Der Liniensensor 31R für rot, der Liniensensor 31G für grün und der Liniensensor 31B für blau sind an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet. Der Liniensensor 31R für rot, der Liniensensor 31G für grün und der Liniensensor 31B für blau können mittels bildgebender Halbleiterelemente konfiguriert werden, wie beispielsweise Bildsensoren aus Komplementär-Metall-Oxid-Halbleitern (CMOS-Bildsensoren) oder Bildsensoren aus ladungsträgergekoppelten Einheiten (CCD-Bildsensoren). Die bildgebende Einheit 31 weist ferner Farbfilter auf, um ein Farbbild zu erzeugen. Das heißt, der Liniensensor 31R für rot weist einen roten Farbfilter auf, der nur Licht in dem roten Wellenlängenbereich (ein rotes Spektrum) durchlässt, der Liniensensor 31G für grün weist einen Filter auf, der nur Licht in dem grünen Wellenlängenbereich (ein grünes Spektrum) durchlässt, und der Liniensensor 31B für blau weist einen blauen Filter auf, der nur Licht in dem blauen Wellenlängenbereich (ein blaues Spektrum) durchlässt.As in 7 shown, the imaging unit 31 The following: a line sensor 31R for red, the photosensitive pixel 32r which is in a line along the main scanning direction x are arranged on a substrate, a line sensor 31G for green, the photosensitive pixel 32g which is in a line along the main scanning direction x are arranged, as well as a line sensor 31B for blue, the photosensitive pixel 32b which is in a line along the main scanning direction x are arranged. The line sensor 31R for red, the line sensor 31G for green and the line sensor 31B for blue are at the focus position or focal point of the microlens array 33 arranged. The line sensor 31R for red, the line sensor 31G for green and the line sensor 31B for blue can be configured by means of semiconductor imaging elements, such as Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) image sensors or charge-coupled device (CCD) image sensors. The imaging unit 31 also has color filters to produce a color image. That is, the line sensor 31R for red has a red color filter that passes only light in the red wavelength range (a red spectrum), the line sensor 31G for green has a filter that passes only light in the green wavelength range (a green spectrum), and the line sensor 31B for blue has a blue filter that only lets through light in the blue wavelength range (a blue spectrum).

Die bildgebende Einheit 31 weist ferner periphere Schaltungen 31A und 31P auf, um eine analoge Signalverarbeitung auf Detektionsausgangssignale des Liniensensors 31R für rot, des Liniensensors 31G für grün und des Liniensensors 31B für blau auf dem gleichen Substrat anzuwenden. Jede der peripheren Schaltungen 31A kann Folgendes aufweisen: eine Signalverarbeitungsschaltung, wie beispielsweise eine Steuerschaltung zum Steuern des Betriebs des Liniensensors 31R für rot, des Liniensensors 31G für grün und des Liniensensors 31B für blau, eine Abfrage-Halte-Schaltung zum Abfragen und Ausgeben von momentanen Werten der Detektionssignale sowie eine Signalverstärkerschaltung. Darüber hinaus kann jede der anderen peripheren Schaltungen 31P eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten analoger Ausgangssignale der peripheren Schaltungen 31A aufweisen, wie beispielsweise eine Differentialverstärkerschaltung und einen A/D-Wandler.The imaging unit 31 also has peripheral circuits 31A and 31P to analog signal processing on detection outputs of the line sensor 31R for red, the line sensor 31G for green and the line sensor 31B apply to blue on the same substrate. Each of the peripheral circuits 31A may include: a signal processing circuit, such as a control circuit for controlling the operation of the line sensor 31R for red, the line sensor 31G for green and the line sensor 31B for blue, a sample and hold circuit for interrogating and outputting instantaneous values of the detection signals and a signal amplifier circuit. In addition, each of the other peripheral circuits 31P a signal processing circuit for processing analog output signals of the peripheral circuits 31A such as a differential amplifier circuit and an A / D converter.

Eine periphere Schaltung 31P der bildgebenden Einheit 31 gibt ein digitales Signal, das als Ergebnis einer Signalverarbeitung erhalten wird, über das Sensorsubstrat 30 und einen Signalübertragungspfad (z.B. ein Kabel) in 1 an den Bildsignalprozessor 40 ab. Durch Anwenden einer Bildverarbeitung auf Ausgangssignale der bildgebenden Einheit 31 kann der Bildsignalprozessor 40 Signale für das erfasste Bild erzeugen, die ein zweidimensionales Bild auf der abzutastenden Oberfläche des Zielobjekts 2 wiedergeben. Eine Hardware-Konfiguration des Bildsignalprozessors 40 kann durch einen Computer mit einer integrierten zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) realisiert werden. Alternativ kann eine Hardware-Konfiguration des Bildsignalprozessors 40 durch eine hochintegrierte Schaltung (LSI-Schaltung, Large Scale Integrated circuit), wie beispielsweise einen digitalen Signalprozessor (DSP, Digital Signal Processor), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA, Field-Programmable Gate Array) realisiert werden.A peripheral circuit 31P the imaging unit 31 Gives a digital signal, which is obtained as a result of signal processing, over the sensor substrate 30 and a signal transmission path (eg, a cable) in 1 to the image signal processor 40 from. By applying image processing to output signals of the imaging unit 31 can the image signal processor 40 Generate signals for the captured image that form a two-dimensional image on the surface of the target object to be scanned 2 play. A hardware configuration of the image signal processor 40 can be realized by a computer with an integrated central processing unit (CPU). Alternatively, a hardware configuration of the image signal processor 40 by a Large Scale Integrated Circuit (LSI) such as a Digital Signal Processor (DSP), an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) or a Field Programmable Gate Array (FPGA, Field Programmable gate array).

Die bildgebende Einheit 31 der vorliegenden Ausführungsform weist drei Liniensensoren 31R, 31G und 31B auf, obwohl keine Beschränkung auf diese beabsichtigt ist. Anstelle der drei Liniensensoren 31R, 31G und 31B und der peripheren Schaltungen 31A und 31P, die diesen entsprechen, können ein Liniensensor und diesem entsprechende periphere Schaltungen eingesetzt werden.The imaging unit 31 The present embodiment has three line sensors 31R . 31G and 31B although not limited to them. Instead of the three line sensors 31R . 31G and 31B and the peripheral circuits 31A and 31P which correspond to these, a line sensor and corresponding peripheral circuits can be used.

Die Konfiguration der vorstehend beschriebenen Bilderfassungs-Einrichtung 1 wird detaillierter beschrieben. 8A ist eine Abbildung, welche die Stablinsen-Anordnung 20 schematisch darstellt. Die in 8A dargestellte Stablinsen-Anordnung 20 konzentriert einen Lichtstrom, der sich von einem Punkt An auf der Objektebene OP zu einem Punkt Bn auf der bilderzeugenden Ebene IP ausbreitet. Bei dem Punkt An und dem Punkt Bn handelt es sich um Punkte auf der optischen Achse der Stablinse 21n . Wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, weisen die Stablinse 21n und beide benachbarten Stablinsen 21n-1 und 21n+1 den Punkt An im Sichtfeld derselben auf. Wie in 8B dargestellt, weist der Lichtstrom, der sich von dem Punkt An aus ausbreitet, daher Folgendes auf: eine Gruppe von Strahlen DL1, die sich in Richtung zu einer Einfallsoberfläche der Stablinse 21n-1 hin ausbreiten, eine Gruppe von Strahlen DL2, die sich in Richtung zu einer Einfallsoberfläche der Stablinse 21n hin ausbreiten, sowie eine Gruppe von Strahlen DL3, die sich in Richtung zu der Einfallsoberfläche der Stablinse 21n+1 hin ausbreiten. 8C ist eine Abbildung, die eine Konfiguration der Umgebung eines Punkts Bn auf der bilderzeugenden Ebene IP schematisch darstellt, wo die Gruppen von Strahlen DL1, DL2 und DL3 ankommen.The configuration of the image sensing device described above 1 will be described in more detail. 8A is an illustration showing the rod lens arrangement 20 schematically represents. In the 8A illustrated rod lens arrangement 20 concentrates a luminous flux propagating from a point An on the object plane OP to a point Bn on the image forming plane IP. The point An and the point Bn are points on the optical axis of the rod lens 21 n , As with reference to 3 has been described, the rod lens 21 n and both neighboring rod lenses 21 n-1 and 21 n + 1 the point An in the field of view of the same. As in 8B Therefore, the luminous flux propagating from the point An out, therefore, comprises: a group of rays DL1 moving towards an incident surface of the rod lens 21 n-1 spread out, a group of rays DL2 moving towards an incident surface of the rod lens 21 n spread out, as well as a group of rays DL3 Moving towards the incidence surface of the rod lens 21 n + 1 spread out. 8C FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a configuration of the vicinity of a point Bn on the image-forming plane IP where the groups of rays DL1 . DL2 and DL3 Arrive.

Wie in 8C dargestellt, ist eine Mikrolinse 34 der Mikrolinsen-Anordnung 33 an der Fokusposition oder dem Brennpunkt FP der Stablinsen-Anordnung 20 angeordnet. Die bildgebende Einheit 31 ist auf dem Sensorsubstrat 30 angeordnet. Zwischen einem lichtempfindlichen Pixel 32x (irgendeinem von den lichtempfindlichen Pixeln 32r, 32g und 32b) der bildgebenden Einheit und der Mikrolinsen-Anordnung 33 ist die lichtabschirmende Struktur 35 mit einer Öffnung 35s ausgebildet, die dem lichtempfindlichen Pixel 32x gegenüberliegt. Eine Öffnung 35s der lichtabschirmenden Struktur 35 ist an einer solchen Position ausgebildet, dass von den Gruppen von auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallenden Strahlen DL1, DL2 und DL3 die Gruppe von Strahlen DL2 transmittiert wird, die unter einem Einfallswinkel einfallen, der geringer als ein vorgegebener Grenzwinkel ist (das heißt, einem Einfallswinkel innerhalb des begrenzten Winkelbereichs). Daher wird nur die Gruppe von Strahlen DL2, die durch die Stablinse 21n hindurch laufen, mittels der Mikrolinse 34 konzentriert und tritt dann in das lichtempfindliche Pixel 32x ein. Auf der anderen Seite werden die Gruppen von Strahlen DL1 und DL3, die durch die Stablinsen 21n-1 und 21n+1 benachbart zu der Stablinse 21n hindurch laufen, durch die lichtabschirmende Struktur 35 abgeschirmt, nachdem sie mittels der Mikrolinse 34 konzentriert wurden. Daher kommen die Gruppen von Strahlen DL1 und DL3 nicht an dem lichtempfindlichen Pixel 32x an.As in 8C is a microlens 34 the microlens array 33 at the focus position or the focal point FP of the rod lens arrangement 20 arranged. The imaging unit 31 is on the sensor substrate 30 arranged. Between a photosensitive pixel 32x (any of the photosensitive pixels 32r . 32g and 32b ) of the imaging unit and the microlens array 33 is the light-shielding structure 35 with an opening 35s formed the photosensitive pixel 32x opposite. An opening 35s the light-shielding structure 35 is formed at such a position that from the groups of the microlens array 33 incident rays DL1 . DL2 and DL3 the group of rays DL2 which is incident at an angle of incidence less than a predetermined critical angle (that is, an angle of incidence within the limited angular range). Therefore, only the group of rays DL2 passing through the rod lens 21 n through, by means of the microlens 34 concentrated and then enters the photosensitive pixel 32x one. On the other side are the groups of rays DL1 and DL3 through the rod lenses 21 n-1 and 21 n + 1 adjacent to the rod lens 21 n through the light-shielding structure 35 screened after using the microlens 34 were concentrated. Hence the groups of rays come DL1 and DL3 not on the photosensitive pixel 32x at.

Die lichtabschirmende Struktur 35 ist an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet und kann somit einen Teil des Lichts abschirmen, das mittels der Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentriert wird. Die Dicke der lichtabschirmenden Struktur 35 ist im Vergleich mit der Brennweite (zum Beispiel etwa 100 µm) der Mikrolinsen-Anordnung 33 ausreichend gering (zum Beispiel einige Mikrometer), um vernachlässigbar zu sein, und die lichtabschirmende Struktur 35 und die lichtempfindlichen Pixel 32x der bildgebenden Einheit 31 befinden sich nahe beieinander. Daher lässt sich sagen, dass die effektiven lichtempfindlichen Bereiche (die Bereiche für ein Empfangen von Licht, das zur Erzeugung eines erfassten Bilds verwendet wird) der lichtempfindlichen Pixel 32x im Wesentlichen an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet sind.The light-shielding structure 35 is at the focus position or the focal point of the microlens array 33 arranged and can thus shield a part of the light, by means of the microlens array 33 is concentrated. The thickness of the light-shielding structure 35 is compared with the focal length (for example, about 100 μm) of the microlens array 33 sufficiently small (for example, a few microns) to be negligible, and the light-shielding structure 35 and the photosensitive pixels 32x the imaging unit 31 are close to each other. Therefore, it can be said that the effective photosensitive areas (the areas for receiving light used to form a captured image) of the photosensitive pixels 32x essentially at the focus position or focal point of the microlens array 33 are arranged.

9 ist eine Abbildung, die den optischen Pfad eines auf die Mikrolinse 34 einfallenden Lichtstroms OL schematisch darstellt. Nun sei ein Einfallswinkel des Lichtstroms OL auf die Mikrolinse 34 (das heißt, ein Winkel, der durch den Lichtstrom OL und eine Normalenlinie der bilderzeugenden Ebene IP gebildet wird) gleich α. Die Mikrolinse 34 konzentriert den Lichtstrom OL durch die positive Brechkraft an der Position der lichtabschirmenden Struktur 35. Die Konzentrationsposition (der Abstand in der Hauptabtastrichtung x von der Mittelachse der Mikrolinse 34, das heißt, von der optischen Achse) xa wird durch die folgende Gleichung (2) wiedergegeben: xa = f M × tan α

Figure DE112017001126T5_0006
9 is an image showing the optical path of one on the microlens 34 schematically represents incident luminous flux OL. Let now be an angle of incidence of the luminous flux OL on the microlens 34 (that is, an angle formed by the luminous flux OL and a normal line of the image-forming plane IP) equals α. The microlens 34 concentrates the luminous flux OL by the positive refractive power at the position of the light-shielding structure 35 , The concentration position (the distance in the main scanning direction x from the central axis of the microlens 34 , that is, from the optical axis) xa is represented by the following equation (2): xa = f M × tan α
Figure DE112017001126T5_0006

Hierbei gibt fM die Brennweite der Mikrolinsen 34 wieder.Here are f M the focal length of the microlenses 34 again.

Wenn paralleles Licht mit verschiedenen Einfallswinkeln α auf eine Mikrolinse 34 einfällt, wird auf der Brennebene der Mikrolinse 34 eine Verteilung der Lichtmenge erhalten, die den Einfallswinkeln α entspricht. Unter der Annahme, dass die Öffnungsbreite einer Öffnung 35s in der Hauptabtastrichtung x gleich ha ist, laufen daher, wie in 9 dargestellt, nur Lichtstrahlen unter einem Absolutwert |α| des Einfallswinkels α, der die folgende Ungleichung (3) erfüllt, durch die Öffnung 35s hindurch und werden von einem lichtempfindlichen Pixel 32x empfangen: tan | α | < ha / ( 2 × f M )

Figure DE112017001126T5_0007
When parallel light with different angles of incidence α on a microlens 34 is incident on the focal plane of the microlens 34 obtained a distribution of the amount of light corresponding to the angles of incidence α. Assuming that the opening width of an opening 35s in the main scanning direction x ha is the same, therefore, as in 9 shown, only light rays under an absolute value | α | of the incident angle α satisfying the following inequality (3) through the opening 35s through and are from a photosensitive pixel 32x receive: tan | α | < Ha / ( 2 × f M )
Figure DE112017001126T5_0007

Da das lichtempfindliche Pixel 32x und die Öffnung 35s in der Richtung der z-Achse nahe beieinander liegen, ist die Öffnungsbreite ha in der Hauptabtastrichtung x im Wesentlichen gleich der Breite (auf die im Folgenden auch als „Lichtempfangsbreite“ Bezug genommen wird) des effektiven lichtempfindlichen Bereichs des lichtempfindlichen Pixels 32x. Die lichtabschirmende Struktur 35 ist so konfiguriert, dass sie von den auf die Mikrolinsen-Anordnung einfallenden Lichtstrahlen die Lichtstrahlen abschirmt, die unter Einfallswinkeln einfallen, die größer als ein Grenzwinkel αL oder gleich diesem sind, der die folgende Gleichung (3e) erfüllt: tan α L = ha / ( 2 × f M )

Figure DE112017001126T5_0008
Because the photosensitive pixel 32x and the opening 35s are close to each other in the z-axis direction, the opening width ha is in the main scanning direction x substantially equal to the width (hereinafter also referred to as "light receiving width") of the effective photosensitive area of the photosensitive pixel 32x , The light-shielding structure 35 is configured to shield from the light rays incident on the microlens array the light rays incident at angles of incidence greater than a critical angle α L or equal to this satisfying the following equation (3e): tan α L = Ha / ( 2 × f M )
Figure DE112017001126T5_0008

Durch die vorstehende Gleichung (3e) wird der Grenzwinkel αL durch den folgenden Ausdruck (3f) wiedergegeben: α L = Arctan [ ha / ( 2 × f M ) ]

Figure DE112017001126T5_0009
By the above equation (3e), the critical angle becomes α L by the following expression ( 3f ): α L = arctan [ Ha / ( 2 × f M ) ]
Figure DE112017001126T5_0009

Da das lichtempfindliche Pixel 32x unmittelbar unterhalb der Öffnung 35s angeordnet ist, kann die lichtabschirmende Struktur 35 Lichtstrahlen, die in den effektiven lichtempfindlichen Bereich des lichtempfindlichen Pixels 32x eintreten, auf Lichtstrahlen nahe bei der Mittelachse der Mikrolinse 34 begrenzen, indem die Lichtstrahlen derart abgeschirmt werden, dass der vorstehende Ausdruck (3) erfüllt ist. Daher ist es möglich, einen ähnlichen Effekt wie den Effekt zu erzielen, bei dem die Tiefenschärfe erhöht wird, indem die Öffnung in einem üblichen optischen monokular-refraktiven Linsensystem verringert wird.Because the photosensitive pixel 32x immediately below the opening 35s is arranged, the light-shielding structure 35 Beams of light that are in the effective photosensitive area of the photosensitive pixel 32x occur on light rays near the central axis of the microlens 34 by shielding the light beams such that the above expression ( 3 ) is satisfied. Therefore, it is possible to obtain an effect similar to the effect of increasing the depth of focus by reducing the aperture in a conventional monocular optical refractive lens system.

In einem optischen System zur Erzeugung eines Bilds durch Überlagern einer Mehrzahl von aufrechten Bildern mit gleicher Vergrößerung, wie einem Bildsensor mit engem Kontakt im Stand der Technik, der eine Stablinsen-Anordnung verwendet, ist es aufgrund der folgenden zwei Punkte P1 und P2 schwierig, die Tiefenschärfe zu verbessern.

  • - Punkt P1: Es ist physisch schwierig, eine Blende an der optimalen Position in einer Stablinse einzufügen.
  • - Punkt P2: Überlappende Positionen von durch benachbarte Stablinsen überlagerten Bildern sind bei einer Defokussierung zueinander verschoben.
In an optical system for forming an image by superposing a plurality of upright images of the same magnification as a close contact image sensor in the prior art using a rod lens arrangement, it is two points because of the following P1 and P2 difficult to improve the depth of field.
  • - Point P1 : It is physically difficult to insert a shutter at the optimum position in a rod lens.
  • - Point P2 : Overlapping positions of images superimposed by adjacent rod lenses are displaced relative to each other during defocusing.

Insbesondere der Punkt P2 stellt ein Problem dar, das sich aus der Schwierigkeit im Stand der Technik ableitet, den Bereich des Sichtfelds von jeder der Stablinsen zu begrenzen.In particular, the point P2 represents a problem derived from the difficulty in the prior art to limit the field of view of each of the rod lenses.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es im Gegensatz dazu möglich, die Tiefenschärfe zu verbessern, was bei der herkömmlichen Technik schwierig ist. Im Folgenden werden Effekte der vorliegenden Ausführungsform in Anbetracht des vorstehend beschriebenen Mechanismus der Bildverschlechterung (4 und 5) bei einer Defokussierung im Detail beschrieben.In the present embodiment, on the contrary, it is possible to improve the depth of field, which is difficult in the conventional art. Hereinafter, effects of the present embodiment will be given in view of the above-described image deterioration mechanism (FIG. 4 and 5 ) in defocusing in detail.

Der Einfachheit der Erläuterung halber wird angenommen, dass die Bildauflösung gleich 600 dpi ist (das heißt, eine Auflösung von 42,3 µm pro Pixel). In Bezug auf die Stablinsen-Anordnung 20 wird angenommen, dass die Stablinsen 211 bis 21N , die jeweils einen Durchmesser von 0,6 mm aufweisen, mit einem Rastermaß von 0,6 mm entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind. Des Weiteren wird angenommen, dass ein Abstand L1 von der Objektebene OP zu der Einfallsoberfläche der Stablinsen-Anordnung 20 gleich 5,1 mm ist und dass ein Abstand L2 von der emittierenden Oberfläche der Stablinsen-Anordnung 20 zu der bilderzeugenden Ebene IP ebenfalls gleich 5,1 mm ist. Es wird angenommen, dass jede der Stablinsen in der Hauptabtastrichtung x einen vollen Sichtfeldwinkel von 20 Grad aufweist (einen halben Sichtfeldwinkel β = 10°). Das heißt, Lichtstrahlen, die unter einem Winkel in die Stablinsen-Anordnung 20 eingetreten sind, der den Bereich des Einfallswinkels von -10° bis +10° überschreitet, können sich in den Stablinsen 211 bis 21N nicht ausbreiten. Da für den halben Sichtfeldwinkel β = 10° L1 = 5,1 mm ist, ist die Sichtfeldlänge einer einzelnen Stablinse auf der Objektebene OP etwa gleich 1,8 mm (= 2 × 5,1 × tan10°).For the sake of simplicity, it is assumed that the image resolution is equal to 600 dpi (that is, a resolution of 42.3 μm per pixel). Regarding the rod lens arrangement 20 It is believed that the rod lenses 211 to 21 N , each having a diameter of 0.6 mm, with a pitch of 0.6 mm along the main scanning direction x are arranged. Furthermore, it is assumed that a distance L1 from the object plane OP to the incident surface of the rod lens assembly 20 is equal to 5.1 mm and that a distance L2 from the emitting surface of the rod lens assembly 20 to the image-forming plane IP is also equal to 5.1 mm. It is assumed that each of the rod lenses is in the main scanning direction x a full field of view angle of 20 degrees (a half field angle β = 10 °). That is, light rays entering the rod lens assembly at an angle 20 , which exceeds the range of the angle of incidence of -10 ° to + 10 °, can be in the rod lenses 21 1 to 21 N do not spread. Since for the half field of view angle β = 10 ° L1 = 5.1 mm, the field of view length of a single rod lens on the object plane OP is approximately equal to 1.8 mm (= 2 × 5.1 × tan10 °).

Da das Verhältnis einer Sichtfeldlänge von 1,8 mm zu dem Rastermaß von 0,6 mm der Stablinsen 211 bis 21N gleich 3 ist, ist darüber hinaus in dem Fall, in dem die Mikrolinsen-Anordnung 33 der vorliegenden Ausführungsform nicht vorhanden ist, wie in 3 dargestellt, ein Punkt auf der Objektebene OP in dem Sichtfeld von drei Stablinsen enthalten.Since the ratio of a field of view length of 1.8 mm to the grid dimension of 0.6 mm of the rod lenses 211 to 21 N equal 3 In addition, in the case where the microlens array is 33 the present embodiment is absent, as in 3 represented a point on the object plane OP in the field of view of three rod lenses.

Ferner wird angenommen, dass die Mikrolinsen-Anordnung 33 aus einem transparenten Harzmaterial hergestellt ist, das zum Beispiel einen Brechungsindex von n = 1,59 aufweist, und dass eine Linsenoberfläche von jeder der Mikrolinsen 34 in der Hauptabtastrichtung x eine Krümmung von R = 37 µm aufweist. Es wird angenommen, dass die Mikrolinsen 34 jeweils eine Dicke von Ht = 100 µm aufweisen und mit einem Anordnungs-Rastermaß von Pt = 42,3 µm entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind. Further, it is believed that the microlens array 33 is made of a transparent resin material having, for example, a refractive index of n = 1.59, and that a lens surface of each of the microlenses 34 in the main scanning direction x has a curvature of R = 37 microns. It is believed that the microlenses 34 each a thickness of Ht = 100 μm and with a pitch of Pt = 42.3 μm along the main scanning direction x are arranged.

In diesem Fall wird eine Brennweite fM von einer Mikrolinse 34 wie folgt berechnet: f M = R / ( n 1 ) = 62,9   μ m .

Figure DE112017001126T5_0010
In this case, a focal length f M from a microlens 34 calculated as follows: f M = R / ( n - 1 ) = 62.9 μ m ,
Figure DE112017001126T5_0010

Die Brennweite in einem Medium mit einem Brechungsindex n (= 1,59) ist etwa gleich 100 µm (= n x fM). Daher wird der parallele Lichtstrom OL, wie in 9 dargestellt, auf die untere Oberfläche der Mikrolinsen-Anordnung 33 fokussiert. Die lichtabschirmende Struktur 35 mit den Öffnungen 35s ist in engem Kontakt mit der unteren Oberfläche der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet. Ein Anordnungs-Rastermaß Pt der Öffnungen 35s ist gleich 42,3 µm. Der Mittelpunkt einer Öffnung 35s befindet sich auf der Mittelachse von jeder der Mikrolinsen 34.The focal length in a medium with a refractive index n (= 1.59) is approximately equal to 100 μm (= nxf M ). Therefore, the parallel luminous flux becomes OL, as in 9 shown on the lower surface of the microlens array 33 focused. The light-shielding structure 35 with the openings 35s is in close contact with the bottom surface of the microlens array 33 arranged. An arrangement pitch Pt of the openings 35s is equal to 42.3 microns. The center of an opening 35s is located on the central axis of each of the microlenses 34 ,

Nachstehend wird der Effekt beschrieben, dass die Tiefenschärfe unter den vorstehenden Bedingungen erhöht wird. 10 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel α von parallelen, auf die Mikrolinse 34 einfallenden Strahlen und einer Konzentrationsposition xa dieser parallelen Lichtstrahlen veranschaulicht. Diese graphische Darstellung wurde unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (2) erzeugt. Da der halbe Sichtfeldwinkel β von jeder der Stablinsen gleich 10° ist, ist ein Einfallswinkel α von auf die Mikrolinse 34 einfallenden Lichtstrahlen bei dem Maximum von φin = φout der vorstehenden Gleichung (1) ebenfalls gleich 10°. Die Position, an der die Lichtstrahlen mit einem Einfallswinkel von 10° auf der Oberfläche der lichtabschirmenden Struktur 35 ankommen, ist gemäß der graphischen Darstellung von 10 xa = 11 µm. Damit die lichtabschirmende Struktur 35 Lichtstrahlen abschirmt, die einen großen Einfallswinkel α aufweisen, ist es hierbei notwendig, dass die Öffnungsbreite ha der Öffnungen 35s zumindest die Relation der folgenden Ungleichung (4) erfüllt: ha / 2 < xa

Figure DE112017001126T5_0011
The following describes the effect that the depth of field is increased under the above conditions. 10 Fig. 12 is a graph showing the relationship between the angle of incidence α from parallel to the microlens 34 incident rays and a concentration position xa of these parallel light rays illustrated. This graph was generated using equation (2) above. Since the half field angle β of each of the rod lenses is equal to 10 °, an angle of incidence α is on the microlens 34 incident light rays at the maximum of φ in = φ out of the above equation (1) is also equal to 10 °. The position at which the light rays with an incident angle of 10 ° on the surface of the light-shielding structure 35 arrive is according to the graphical representation of 10 xa = 11 μm. Thus the light-shielding structure 35 Shielding light rays having a large angle of incidence α, it is necessary here that the opening width ha of the openings 35s satisfies at least the relation of the following inequality (4): Ha / 2 < xa
Figure DE112017001126T5_0011

Das heißt, es ist notwendig, dass die folgende Ungleichung (5) gilt: ha / 2 < f M × tan β

Figure DE112017001126T5_0012
That is, it is necessary that the following inequality (5) holds: Ha / 2 < f M × tan β
Figure DE112017001126T5_0012

Aus der Ungleichung (5) und der vorstehenden Gleichung (3f) wird die folgende Ungleichung (5A) abgeleitet: α L = Arctan [ ha / ( 2 × f M ) ] < β

Figure DE112017001126T5_0013
From the inequality (5) and the above equation (3f), the following inequality (5A) is derived: α L = arctan [ Ha / ( 2 × f M ) ] < β
Figure DE112017001126T5_0013

Da nun ha/2= 5 µm und fM = 62,9 µm ist, ist αL = 4,5° und erfüllt die Ungleichung (5A). Daher laufen von den Lichtstrahlen, die in die Stablinsen-Anordnung 20 eingetreten sind, die Lichtstrahlen, die unter einem Einfallswinkel kleiner als oder gleich 10° einfallen, durch die Stablinsen-Anordnung 20 hindurch und treten in die Mikrolinsen-Anordnung 33 ein. Des Weiteren werden von den Lichtstrahlen, die auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallen, die Lichtstrahlen, die einen Einfallswinkel innerhalb des Bereichs von 4,5° bis 10° aufweisen, durch einen lichtabschirmenden Bereich der lichtabschirmenden Struktur 35 absorbiert, und nur die Lichtstrahlen, die unter einem Einfallswinkel α von kleiner als 4,5° einfallen, kommen bei der bildgebenden Einheit 31 an. Daher kann der Sichtwinkel der Stablinsen-Anordnung 20, der ursprünglich den Sichtwinkel von 10° aufwies, durch das Einfügen der Mikrolinsen-Anordnung 33 und der lichtabschirmenden Struktur 35 zwischen der Stablinsen-Anordnung 20 und der bildgebenden Einheit 31 auf 4,5° begrenzt werden. Dies verringert einen überlappenden Bereich des Sichtfelds zwischen benachbarten Stablinsen. 11 ist eine Abbildung, die Sichtfelder Fn-1 , Fn, Fn+1 und Fn+2 der Stablinsen 21n-1 , 21n , 21n+1 und 21n+2 , die in der Stablinsen-Anordnung 20 enthalten sind, sowie bilderzeugende Bereiche An-1 , An , An+1 und An+2 schematisch darstellt. Ein Vergleich mit dem in 3 gezeigten Fall zeigt, dass die überlappenden Bereiche der Sichtfelder Fn-1 , Fn , Fn+1 und Fn+2 aufgrund des Vorhandenseins der Mikrolinsen-Anordnung 33 und der lichtabschirmenden Struktur 35 schmaler sind.Since now ha / 2 = 5 microns and f M = 62.9 μm is α L = 4.5 ° and satisfies the inequality (5A). Therefore, run from the light rays entering the rod lens assembly 20 occurred, the light rays incident at an incident angle less than or equal to 10 °, through the rod lens assembly 20 through and enter the microlens array 33 one. Furthermore, by the light rays on the microlens array 33 are incident, the light rays having an angle of incidence within the range of 4.5 ° to 10 °, through a light-shielding portion of the light-shielding structure 35 absorbed, and only the light rays incident at an angle of incidence α of less than 4.5 ° come in the imaging unit 31 at. Therefore, the viewing angle of the rod lens assembly 20 , which originally had the viewing angle of 10 °, by inserting the microlens array 33 and the light-shielding structure 35 between the rod lens arrangement 20 and the imaging unit 31 limited to 4.5 °. This reduces an overlapping area of the field of view between adjacent rod lenses. 11 is an illustration, the fields of view Fn -1 , Fn, Fn + 1 and Fn + 2 the rod lenses 21 n-1 . 21 n . 21 n + 1 and 21n + 2 in the rod lens arrangement 20 included, as well as image-forming areas A n-1 . A n . A n + 1 and An + 2 schematically represents. A comparison with the in 3 Case shown shows that the overlapping areas of the fields of view Fn -1 . F n . Fn + 1 and Fn + 2 due to the presence of the microlens array 33 and the light-shielding structure 35 are narrower.

Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei dem Hauptfaktor für eine Verschlechterung der Tiefenschäre um die positionelle Verschiebung zwischen Bildern, die durch benachbarte Stablinsen erzeugt werden. Wenn das Sichtfeld von jeder der Stablinsen kleiner wird, wird ein Einfallswinkel des äußersten Lichtstrahls auf die bilderzeugende Ebene IP kleiner, und eine positionelle Verschiebung eines Bilds bei einer Defokussierung wird geringer. Daher kann die Bilderfassungs-Einrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Verschlechterung eines Bilds bei einer Defokussierung effektiv unterbinden, indem das Sichtfeld der Stablinsen-Anordnung 20 eingeschränkt wird, so dass eine Erhöhung der Tiefenschärfe ermöglicht wird. As described above, the major factor in degrading the depth of focus is the positional shift between images produced by adjacent rod lenses. As the field of view of each of the rod lenses becomes smaller, an incident angle of the outermost light beam on the image-forming plane IP becomes smaller, and a positional shift of an image upon defocus becomes smaller. Therefore, the image capture device 1 of the present embodiment, effectively suppressing deterioration of an image at defocus by adjusting the field of view of the rod lens arrangement 20 is restricted, so that an increase in the depth of field is made possible.

Die 12A und 12B sind Abbildungen, die optische Pfade eines durch die Stablinsen-Anordnung 20 hindurchgehenden Lichtstroms schematisch darstellen, wenn weder die Mikrolinsen-Anordnung 33 noch die lichtabschirmende Struktur 35 vorhanden sind. 12A stellt den optischen Pfad bei einer Fokussierung dar, und 12B stellt den optischen Pfad bei einer Defokussierung dar, wenn eine Objektebene OP1 an der Position ausgebildet ist, die in der Richtung der z-Achse um -Δz aus der Objektebene OP im Fokus verschoben ist. Da jede der Stablinsen bei einer Fokussierung ein breites Sichtfeld aufweist, wie in 12A dargestellt, geht der Lichtstrom, der von einem Punkt P auf der Objektebene OP hereinfällt, durch drei Stablinsen in der Stablinsen-Anordnung 20 hindurch und wird dann auf einen Punkt Q auf einer bilderzeugenden Ebene IP konzentriert. Wie in 12B dargestellt, geht der Lichtstrom, der von einem Punkt Pa auf der Objektebene OP1 hereinfällt, bei einer Defokussierung durch drei Stablinsen in der Stablinsen-Anordnung 20 hindurch und wird dann auf drei Punkte auf einer bilderzeugenden Ebene IP1 konzentriert. Danach kommen drei Strahlen des Lichtstroms, die durch die bilderzeugende Ebene IP1 hindurch gelaufen sind, an der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus an und kommen dann an einer Bildebene IP2 an einer Position an, die sich um +Δz von der bilderzeugenden Ebene IP entfernt befindet. Bei dem Beispiel von 12B werden auf der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus drei Bilder erzeugt, und da die Positionen dieser drei Bilder beträchtlich zueinander verschoben sind, wird eine beträchtliche Unschärfe erzeugt. Das Ausmaß der Unschärfe φa ist in einem Bereich ausgebildet, der die äußersten Lichtstrahlen der drei Strahlen des Lichtstroms enthält.The 12A and 12B are pictures, one of the optical paths through the rod lens arrangement 20 schematically represent passing luminous flux when neither the microlens array 33 still the light-shielding structure 35 available. 12A represents the optical path when focusing, and 12B represents the optical path at defocusing when an object plane OP 1 is formed at the position which is shifted in the direction of the z-axis by -Δz from the object plane OP in focus. Since each of the rod lenses has a wide field of view when focusing, as in 12A shown, the luminous flux, which falls from a point P on the object plane OP, by three rod lenses in the rod lens assembly 20 and is then concentrated to a point Q on an image-forming plane IP. As in 12B shown, the luminous flux passes from a point Pa on the object plane OP 1 comes in, with a defocusing by three rod lenses in the rod lens arrangement 20 through and then gets to three points on an image-forming plane IP 1 concentrated. After that come three rays of luminous flux passing through the image-forming plane IP 1 have passed through in focus at the image-forming level IP and then arrive at an image plane IP 2 at a position which is + Δz from the image forming plane IP. In the example of 12B For example, three images are formed on the image-forming plane IP in focus, and since the positions of these three images are considerably shifted from each other, considerable blurring is generated. The extent of the blur φ a is formed in a region containing the outermost light rays of the three rays of the luminous flux.

Auf der anderen Seite sind die 13A und 13B Abbildungen, die optische Pfade eines durch die Stablinsen-Anordnung 20 hindurchgehenden Lichtstroms schematisch darstellen, wenn die Mikrolinsen-Anordnung 33 und die lichtabschirmende Struktur 35 vorhanden sind. 13A stellt den optischen Pfad bei einer Fokussierung dar, und 13B stellt den optischen Pfad bei einer Defokussierung dar, wenn eine Objektebene OP1 an der Position ausgebildet ist, die in der Richtung der z-Achse um -Δz aus der Objektebene OP im Fokus verschoben ist. Da jede der Stablinsen bei einer Fokussierung ein enges Sichtfeld aufweist, wie in 13A dargestellt, geht der Lichtstrom, der von dem Punkt P auf der Objektebene OP hereinfällt, durch eine Stablinse in der Stablinsen-Anordnung 20 hindurch und wird dann auf den Punkt Q auf einer bilderzeugenden Ebene IP konzentriert. Wie in 13B dargestellt, geht ein Lichtstrom, der von einem Punkt Pa auf der Objektebene OP1 hereinfällt, bei einer Defokussierung durch eine Stablinse in der Stablinsen-Anordnung 20 hindurch und wird dann auf einen Punkt auf einer bilderzeugenden Ebene IP1 konzentriert. Danach kommt ein Strahl des Lichtstroms, der durch die bilderzeugende Ebene IP1 hindurch gelaufen ist, an der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus an und kommt dann an einer bilderzeugenden Ebene IP2 an einer Position an, die um +Δz von der bilderzeugenden Ebene IP entfernt ist. Bei dem Beispiel von 13B ist das Ausmaß einer Unschärfe φb im Vergleich zu dem Ausmaß der Unschärfe φa in dem Fall von 12B geringer, da auf der bilderzeugenden Ebene IP im Fokus ein Bild erzeugt wird.On the other side are the 13A and 13B Illustrations, the optical paths of a through the rod lens arrangement 20 schematically represent passing luminous flux when the microlens array 33 and the light-shielding structure 35 available. 13A represents the optical path when focusing, and 13B represents the optical path at defocusing when an object plane OP 1 is formed at the position which is shifted in the direction of the z-axis by -Δz from the object plane OP in focus. Since each of the rod lenses has a narrow field of view when focusing, as in 13A 2, the luminous flux incident from the point P on the object plane OP passes through a rod lens in the rod lens arrangement 20 and is then concentrated to the point Q on an image-forming plane IP. As in 13B shown, a luminous flux passes from a point Pa on the object plane OP 1 falls in defocusing by a rod lens in the rod lens arrangement 20 and then gets to a point on an image-forming plane IP 1 concentrated. After that comes a beam of luminous flux passing through the image-forming plane IP 1 through at the image-forming level IP in focus and then comes to an image-forming level IP 2 at a position away from the image-forming plane IP by + Δz. In the example of 13B is the extent of a blur φ b compared to the extent of the blur φ a in the case of 12B less, because on the image-forming level IP in focus, an image is generated.

Als nächstes werden Effekte der vorliegenden Ausführungsform auf der Basis einer Simulationsberechnung beschrieben. Die 14 und 15 sind graphische Darstellungen, die eine Verteilung einer Lichtmenge auf einer bilderzeugenden Ebene veranschaulichen, die mittels einer Simulationsberechnung erhalten wird. Bei den graphischen Darstellungen der 14 und 15 gibt die horizontale Achse die Position (Einheit: mm) von einem Punkt (y = 0) aus auf der optischen Achse einer einzelnen Stablinse wieder, und die vertikale Achse gibt die Menge des transmittierten Lichts wieder. Diese Simulation wurde bei jedem von dem folgenden Beispiel und einem ersten sowie einem zweiten Vergleichsbeispiel durchgeführt. Die Menge des transmittierten Lichts auf der vertikalen Achse in den graphischen Darstellungen der 14 und 15 ist derart normalisiert, dass die Menge des transmittierten Lichts bei y = 0 in dem Fall des ersten Vergleichsbeispiels gleich 1 ist.Next, effects of the present embodiment will be described on the basis of a simulation calculation. The 14 and 15 Fig. 11 are graphs illustrating a distribution of a light amount on an image-forming plane obtained by a simulation calculation. In the graphic representations of 14 and 15 The horizontal axis represents the position (unit: mm) from a point (y = 0) on the optical axis of a single rod lens, and the vertical axis represents the amount of the transmitted light. This simulation was carried out in each of the following example and a first and a second comparative example. The amount of transmitted light on the vertical axis in the graphs of 14 and 15 is normalized such that the amount of transmitted light at y = 0 is the same in the case of the first comparative example 1 is.

Das Beispiel weist Folgendes auf: eine einzelne Stablinse, eine weiße Flächenlichtquelle, die auf einer Brennebene der Stablinse auf der Objektseite (der Objektebene) angeordnet ist, eine Mikrolinsen-Anordnung 33, die auf einer bilderzeugenden Ebene der Stablinse angeordnet ist, eine bildgebende Einheit 31, die in der Nähe der Fokusposition oder des Brennpunkts der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet ist, sowie eine lichtabschirmende Struktur 35, die zwischen der bildgebenden Einheit 31 und der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet ist. Hierbei wurde eine Öffnung 35s mit einer Schlitzbreite von 10 µm verwendet.The example includes a single rod lens, a white surface light source disposed on a focal plane of the rod lens on the object side (the object plane), a microlens array 33 which is arranged on an image-forming plane of the rod lens, an imaging unit 31 near the focus position or focus of the microlens array 33 is arranged, and a light-shielding structure 35 between the imaging unit 31 and the microlens array 33 is arranged. This was an opening 35s used with a slot width of 10 microns.

Das erste Vergleichsbeispiel weist eine Konfiguration auf, bei der die Mikrolinsen-Anordnung 33 und die lichtabschirmende Struktur 35 aus der Konfiguration des Beispiels entfernt sind. Das zweite Vergleichsbeispiel weist eine Konfiguration des ersten Vergleichsbeispiels auf, bei der ferner eine Blende pf der Öffnung auf einer emittierenden Endoberfläche der Stablinse angeordnet ist. The first comparative example has a configuration in which the microlens array 33 and the light-shielding structure 35 are removed from the configuration of the example. The second comparative example has a configuration of the first comparative example in which an aperture pf of the aperture is further disposed on an emitting end surface of the rod lens.

Die Verteilung der Lichtmenge, die in der graphischen Darstellung von 14 mit einer durchgezogenen Linie wiedergegeben ist, veranschaulicht ein Simulationsergebnis für das Beispiel. Die Verteilung der Lichtmenge, die in den graphischen Darstellungen der 14 und 15 mittels durchbrochener Linien angezeigt ist, veranschaulicht ein Simulationsergebnis für das erste Vergleichsbeispiel, und die Verteilung der Lichtmenge, die in der graphischen Darstellung von 15 mittels einer durchgezogenen Linie angezeigt ist, veranschaulicht ein Simulationsergebnis für das zweite Vergleichsbeispiel. Da eine Stablinse ein Bild mit gleicher Vergrößerung überträgt, gibt die Breite der Verteilung der Lichtmenge den Bereich des Sichtfelds wieder. Gemäß den 14 und 15 wird aus dem Simulationsergebnis des ersten Vergleichsbeispiels deutlich, dass der ursprüngliche Bereich des Sichtfelds der Stablinse etwa gleich -1 mm bis +1 mm ist.The distribution of the amount of light in the graph of 14 represented by a solid line, illustrates a simulation result for the example. The distribution of the amount of light shown in the graphs of the 14 and 15 indicated by broken lines, illustrates a simulation result for the first comparative example, and the distribution of the amount of light shown in the graph of 15 is indicated by a solid line, illustrating a simulation result for the second comparative example. Since a rod lens transmits an image at the same magnification, the width of the distribution of the amount of light reflects the area of the field of view. According to the 14 and 15 becomes clear from the simulation result of the first comparative example, that the original range of the field of view of the rod lens is approximately equal to -1 mm to +1 mm.

Gemäß 14 weist der Bereich des Sichtfelds des Beispiels eine Breite von etwa -0,5 mm bis +0,5 mm auf, und das Sichtfeld ist im Vergleich mit dem ersten Vergleichsbeispiel auf etwa die Hälfte begrenzt. Darüber hinaus wird deutlich, dass in der Nähe der optischen Achse (nahe bei y = 0 mm) nahezu keine Verringerung der Menge des Lichts vorhanden ist und dass das Sichtfeld effizient begrenzt ist.According to 14 For example, the area of the field of view of the example has a width of about -0.5 mm to +0.5 mm, and the field of view is limited to about half in comparison with the first comparative example. In addition, it becomes clear that near the optical axis (near y = 0 mm), there is almost no reduction in the amount of light, and the field of view is efficiently limited.

Auf der anderen Seite unterscheidet sich der Bereich des Sichtfelds des zweiten Vergleichsbeispiels gemäß 15 nicht signifikant von dem Bereich des Sichtfelds des ersten Vergleichsbeispiels. Darüber hinaus ist die Menge des Lichts über das gesamte Sichtfeld hinweg verringert. Dies bedeutet, dass das Anordnen der Blende der Öffnung auf der emittierenden Endoberfläche der Stablinse nur Lichtstrahlen von sämtlichen Bildhöhen gleichmäßig abschwächt und dass der Effekt der Begrenzung des Sichtfelds kaum erzielt werden kann.On the other hand, the range of the field of view of the second comparative example differs according to FIG 15 not significantly from the range of the field of view of the first comparative example. In addition, the amount of light is reduced over the entire field of view. This means that placing the aperture of the aperture on the emitting end surface of the rod lens uniformly attenuates only light rays of all image heights, and the effect of limiting the field of view can hardly be achieved.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 16 eine Konfiguration beschrieben, welche die Vermeidung einer Interferenz von Lichtstrahlen zwischen benachbarten Mikrolinsen 34 und 34 ermöglicht. 16 ist eine Abbildung, die den optischen Pfad eines auf die Mikrolinsen 34 einfallenden Lichtstroms schematisch darstellt.Next, referring to 16 a configuration is described which avoids interference of light rays between adjacent microlenses 34 and 34 allows. 16 is an illustration showing the optical path of one on the microlenses 34 schematically represents incident luminous flux.

Es werde angenommen, dass die Brennweite einer einzelnen Mikrolinse 34 zum Beispiel gleich fM = 300 µm ist. Hierbei ist eine Eintreffposition des äußersten Lichtstrahls in dem halben Sichtfeldwinkel β = 10° gleich xa = fM x tanß = 52 µm. Ein Abstand Pt zwischen den benachbarten Mikrolinsen 34 und 34 ist gleich 42,3 µm. Daher gibt es Fälle, wie in 16 dargestellt, in denen Lichtstrahlen, die auf eine bestimmte Mikrolinse 34 einfallen, an einem lichtempfindlichen Pixel 32x unmittelbar unterhalb der anderen Mikrolinse 34 ankommen können, die benachbart zu dieser ist, und dadurch zu Streulicht werden, das eine Interferenz verursacht. Wenn eine derartige Interferenz auftritt, kann ein Einfügen der Mikrolinsen-Anordnung 33 ferner verursachen, dass das Bild unscharf wird, und kann die Bildqualität verschlechtern. Die Bedingung dafür, dass eine derartige Interferenz verhindert wird, ist in der folgenden Ungleichung (6) wiedergegeben: f M × tan β < Pt ha / 2

Figure DE112017001126T5_0014
It is assumed that the focal length of a single microlens 34 for example, the same f M = 300 is μm. Here, an incidence position of the outermost light beam in the half field angle β = 10 ° is equal to xa = f M x tan = 52 μm. A distance Pt between the adjacent microlenses 34 and 34 is equal to 42.3 microns. Therefore there are cases like in 16 shown in which rays of light on a particular microlens 34 incident on a photosensitive pixel 32x just below the other microlens 34 can arrive, which is adjacent to this, and thereby become stray light, which causes an interference. When such interference occurs, insertion of the microlens array may occur 33 Further, the image may become blurred and may degrade image quality. The condition for preventing such interference is shown in the following inequality (6): f M × tan β < Pt - Ha / 2
Figure DE112017001126T5_0014

Hierbei handelt es sich bei Pt um das Anordnungs-Rastermaß der Mikrolinsen 34. Ist Pt = 42,3 µm und ha = 10 µm, ist die Bedingung fM < 211 µm erforderlich. Tatsächlich ist es unwahrscheinlich, dass weiteres Streulicht auftritt, wenn nicht der äußerste Lichtstrahl des Lichtstroms, der auf eine bestimmte Mikrolinse 34 einfällt, über eine Grenze zwischen der bestimmten Mikrolinse 34 und einer anderen, zu dieser benachbarten Mikrolinse 34 hinaus geht. Daher ist es wünschenswerter, dass die Bedingung der folgenden Ungleichung (7) erfüllt ist: f M × tan β < Pt / 2

Figure DE112017001126T5_0015
Here, Pt is the arrangement pitch of the microlenses 34 , If Pt = 42.3 μm and ha = 10 μm, the condition is f M <211 μm required. In fact, it is unlikely that more stray light will occur, if not the outermost beam of light flux directed at a particular microlens 34 think about a boundary between the particular microlens 34 and another, to this adjacent microlens 34 goes out. Therefore, it is more desirable that the condition of the following inequality (7) is satisfied: f M × tan β < Pt / 2
Figure DE112017001126T5_0015

Ist Pt = 42,3 µm und β = 10°, wird die Bedingung fM < 120 µm abgeleitet.If Pt = 42.3 μm and β = 10 °, the condition becomes f M <120 μm derived.

Wie vorstehend beschrieben, sind die Mikrolinsen-Anordnung 33 und die lichtabschirmende Struktur 35 bei der Bilderfassungs-Einrichtung 1 der ersten Ausführungsform zwischen der emittierenden Oberfläche der Stablinsen-Anordnung 20 und der bildgebenden Einheit 31 angeordnet. Von den Lichtstrahlen, die auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallen, schirmt die lichtabschirmende Struktur 35 die Lichtstrahlen ab, die unter einem Einfallswinkel einfallen, der größer als ein Grenzwinkel oder gleich diesem ist (das heißt, einem Einfallswinkel außerhalb eines begrenzten Winkelbereichs), und die mittels der Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentriert werden. Die lichtabschirmende Struktur 35 schirmt Licht nicht ab, bevor es mittels der Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentriert wird, schirmt jedoch Licht ab, das mittels der Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentriert wurde, und somit ist das Ausmaß der Abschirmung gering. Darüber hinaus empfängt ein effektiver lichtempfindlicher Bereich eines lichtempfindlichen Pixels in der bildgebenden Einheit 31 von den Lichtstrahlen, die auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallen, nur das Licht, das unter einem Einfangswinkel einfällt, der kleiner als der Grenzwinkel ist (das heißt, einem Einfallswinkel innerhalb des begrenzten Winkelbereichs). Daher ist es möglich, die Tiefenschärfe zu erhöhen, während eine Verringerung der Menge des empfangenen Lichts der bildgebenden Einheit 31 unterbunden wird.As described above, the microlens array is 33 and the light-shielding structure 35 in the image capture device 1 of the first embodiment between the emitting surface of the rod lens assembly 20 and the imaging unit 31 arranged. From the light rays to the microlens array 33 invade, shields the light-shielding structure 35 the rays of light from below an angle of incidence greater than or equal to a critical angle (that is, an angle of incidence outside a limited angular range) and that by means of the microlens array 33 be concentrated. The light-shielding structure 35 does not shield light before it by means of the microlens array 33 is concentrated, but shields light by means of the microlens array 33 was concentrated, and thus the extent of the shielding is low. In addition, an effective photosensitive area of a photosensitive pixel in the imaging unit receives 31 from the light rays on the microlens array 33 only the light incident at a capture angle smaller than the critical angle (that is, an angle of incidence within the limited angular range). Therefore, it is possible to increase the depth of focus while decreasing the amount of received light of the imaging unit 31 is prevented.

Des Weiteren kann eine Interferenz von Lichtstrahlen zwischen benachbarten Mikrolinsen 34 und 34 verhindert werden, wenn der Vergleichsausdruck der vorstehenden Ungleichung (6) oder (7) erfüllt ist, und somit kann die Bildqualität eines erfassten Bilds verbessert werden.Furthermore, an interference of light rays between adjacent microlenses 34 and 34 can be prevented when the comparison expression of the above inequality (6) or (7) is satisfied, and thus the image quality of a captured image can be improved.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Linsenoberfläche einer Mikro-Kondensorlinse 34 der ersten Ausführungsform weist nur in der Hauptabtastrichtung x eine Krümmung ungleich Null auf. Eine Linsenoberfläche einer Mikro-Kondensorlinse der vorliegenden Ausführungsform weist sowohl in der Hauptabtastrichtung x als auch in der Sub-Abtastrichtung y eine Krümmung ungleich Null auf. 17 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine schematische Konfiguration einer Mikrolinsen-Anordnung 33A gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Eine Konfiguration einer Bilderfassungs-Einrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie jene der Bilderfassungs-Einrichtung 1 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die in 17 dargestellte Mikrolinsen-Anordnung 33A anstatt der Mikrolinsen-Anordnung 33 der ersten Ausführungsform enthalten ist.Next, a second embodiment according to the present invention will be described. A lens surface of a micro-condenser lens 34 The first embodiment has only in the main scanning direction x a curvature not equal to zero. A lens surface of a micro-condenser lens of the present embodiment has both in the main scanning direction x as well as in the sub-scanning direction y a curvature not equal to zero. 17 FIG. 15 is a perspective view showing an example of a schematic configuration of a microlens array. FIG 33A represents according to a second embodiment. A configuration of an image sensing device of the present embodiment is the same as that of the image sensing device 1 the first embodiment, except that in 17 shown microlens arrangement 33A instead of the microlens array 33 The first embodiment is included.

Wie in 17 dargestellt, weist die Mikrolinsen-Anordnung 33A der vorliegenden Ausführungsform drei Reihen von Mikro-Kondensorlinsen 34A auf, die entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind. Diese Mikro-Kondensorlinsen 34A (auf die im Folgenden auch als „Mikrolinsen 34A“ Bezug genommen wird) weisen Folgendes auf: eine Reihe, die aus einer Gruppe von Mikro-Kondensorlinsen besteht, um einfallendes Licht auf die lichtempfindlichen Pixel 32r des in 7 dargestellten Liniensensors 31R für rot zu konzentrieren, eine Reihe, die aus einer Gruppe von Mikro-Kondensorlinsen besteht, um einfallendes Licht auf die lichtempfindlichen Pixel 32g des Liniensensors 31G für grün zu konzentrieren, sowie eine Reihe, die aus einer Gruppe von Mikro-Kondensorlinsen besteht, um einfallendes Licht auf die lichtempfindlichen Pixel 32b des Liniensensors 31B für blau zu konzentrieren.As in 17 shown, the microlens arrangement 33A In the present embodiment, three rows of micro-condenser lenses 34A up, along the main scanning direction x are arranged. These micro-condenser lenses 34A (also referred to as "microlenses 34A" hereinafter) include: a row consisting of a group of micro-condenser lenses for impinging incident light on the photosensitive pixels 32r of in 7 shown line sensor 31R focus for red, a series that consists of a group of micro-condenser lenses to direct incident light on the photosensitive pixels 32g of the line sensor 31G for green, as well as a row consisting of a group of micro-condenser lenses for directing incident light onto the photosensitive pixels 32b of the line sensor 31B to focus on blue.

Darüber hinaus weist jede der Mikrolinsen 34A eine Linsenoberfläche auf, die an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Stablinsen 211 bis 21N angeordnet ist. Diese Linsenoberfläche weist eine konvexe Gestalt mit einer positiven Brechkraft in der Hauptabtastrichtung x in Bezug auf einen Lichtstrom, der von einer Stablinsen-Anordnung 20 her einfällt, und außerdem mit einer positiven Brechkraft in der Sub-Abtastrichtung y auf. Daher weist die Linsenoberfläche sowohl in der Hauptabtastrichtung x als auch in der Sub-Abtastrichtung y eine Krümmung ungleich Null auf. Beispiele für eine spezifische gekrümmte Oberflächengestalt einer derartigen Mikrolinse 34A weisen eine sphärische Linsengestalt mit einer optischen Achse auf, die durch den Mittelpunkt eines lichtempfindlichen Pixels 32x (irgendeines der lichtempfindlichen Pixel 32r, 32g und 32b) hindurch verläuft.In addition, each of the microlenses exhibits 34A a lens surface which is at the focus position or the focal point of the rod lenses 211 to 21 N is arranged. This lens surface has a convex shape with a positive power in the main scanning direction x in terms of a luminous flux coming from a rod lens arrangement 20 and also with a positive refractive power in the sub-scanning direction y on. Therefore, the lens surface is in both the main scanning direction x as well as in the sub-scanning direction y a curvature not equal to zero. Examples of a specific curved surface shape of such a microlens 34A have a spherical lens shape with an optical axis passing through the center of a photosensitive pixel 32x (Any of the photosensitive pixels 32r . 32g and 32b ) passes through.

Des Weiteren ist ein Abstand (ein Rastermaß) Pt in der Hauptabtastrichtung x zwischen oberen Bereichen benachbarter Mikro-Kondensorlinsen 34A und 34A konstant. Des Weiteren weist die Mikrolinsen-Anordnung 33A, wie in 17 dargestellt, ähnlich wie die Mikrolinsen-Anordnung 33 der ersten Ausführungsform in der Richtung der z-Achse eine konstante Dicke Ht auf (das heißt, die Dicke in der Richtung der z-Achse zwischen einem oberen Bereich einer Linsenoberfläche einer Mikrolinse 34A und der unteren Oberfläche der Mikrolinse 34A). Eine derartige Mikrolinsen-Anordnung 33A kann unter Verwendung eines Linsenmaterials wie beispielsweise eines Harzes oder von Quarz hergestellt werden.Further, a pitch (a pitch) Pt is in the main scanning direction x between upper regions of adjacent micro-condenser lenses 34A and 34A constant. Furthermore, the microlens arrangement 33A , as in 17 represented, similar to the microlens arrangement 33 of the first embodiment in the z-axis direction has a constant thickness Ht (that is, the thickness in the z-axis direction between an upper portion of a lens surface of a microlens 34A and the bottom surface of the microlens 34A ). Such a microlens arrangement 33A can be made using a lens material such as a resin or quartz.

Da eine Linsenoberfläche einer Mikrolinse 34 der ersten Ausführungsform eine zylindrische Gestalt aufweist, besteht ein Vorteil dahingehend, dass eine Herstellung problemloser als bei der Linsenoberfläche der vorliegenden Ausführungsform mit einer sphärischen Gestalt ist. Auf der anderen Seite weist die Linsenoberfläche der Mikrolinse 34 der ersten Ausführungsform einen Unterschied in den Brennweiten der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y auf, und somit liegt ein Unterschied in den optischen Pfadlängen der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y vor. Wenn die Mikrolinse 34 der ersten Ausführungsform zum Beispiel die Dicke Ht = 100 µm und den Brechungsindex n = 1,59 aufweist, wird ein Unterschied in den optischen Pfadlängen der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y wie folgt berechnet: 100   μ m / n = 62,9   μ m .

Figure DE112017001126T5_0016
Because a lens surface of a microlens 34 According to the first embodiment, since the first embodiment has a cylindrical shape, there is an advantage that manufacturing is more problematic than in the lens surface of the present embodiment having a spherical shape. On the other hand, the lens surface of the microlens 34 the first embodiment, a difference in the focal lengths of main scanning x and the sub-scanning direction y and thus there is a difference in the optical path lengths of the main scanning direction x and the sub-scanning direction y in front. If the microlens 34 of the first embodiment, for example, the thickness Ht = 100 μm and the refractive index n = 1.59, a difference in the optical path lengths of the main scanning direction becomes x and the sub-scanning direction y calculated as follows: 100 μ m / n = 62.9 μ m ,
Figure DE112017001126T5_0016

Daher besteht bei der Mikrolinse 34 der ersten Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Fokuspositionen oder die Brennpunkte zwischen der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y um 62,9 µm abweichen können. In dem Fall andererseits, in dem eine Linsenoberfläche wie bei der Mikro-Kondensorlinse 34A der vorliegenden Ausführungsform in der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y die gleiche positive Brechkraft aufweist, ist es möglich, zu bewirken, dass die Fokuspositionen oder Brennpunkte in der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y miteinander übereinstimmen. Daher kann bei einer Defokussierung im Vergleich mit dem Fall der ersten Ausführungsform ein besseres erfasstes Bild erzeugt werden.Therefore, there is the microlens 34 In the first embodiment, the possibility that the focus positions or the foci between the main scanning direction x and the sub-scanning direction y may differ by 62.9 microns. On the other hand, in the case where a lens surface as in the micro-condenser lens 34A of the present embodiment in the main scanning direction x and the sub-scanning direction y has the same positive refractive power, it is possible to cause the focus positions or focal points in the main scanning direction x and the sub-scanning direction y agree with each other. Therefore, in a defocusing, a better captured image can be generated as compared with the case of the first embodiment.

Es ist anzumerken, dass es nicht immer notwendig ist, eine sphärische Linse einzusetzen, obwohl eine sphärische Linse als ein bevorzugtes Beispiel für die Mikrolinse 34A der vorliegenden Ausführungsform angeführt ist. Es kann eine optische Linse (zum Beispiel eine asphärische Linse) mit einer anderen Linsenform als einer sphärischen Oberfläche eingesetzt werden, solange es die Linsenform ermöglicht, dass Fokuspositionen oder Brennpunkte in der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y miteinander übereinstimmen.It is to be noted that it is not always necessary to use a spherical lens, though a spherical lens as a preferable example of the microlens 34A of the present embodiment. An optical lens (for example, an aspherical lens) having a lens shape other than a spherical surface may be used as long as the lens shape allows focus positions or focal points in the main scanning direction x and the sub-scanning direction y agree with each other.

Dritte AusführungsformThird embodiment

Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform handelt es sich um die Bilderfassungs-Einrichtung 1 vom Typ mit einer Stablinsen-Anordnung, welche die Stablinsen-Anordnung 20 als ein bildgebendes optisches System zur Erzeugung eines aufrechten Bilds mit gleicher Vergrößerung verwendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine Bilderfassungs-Einrichtung vom Typ mit einer Anordnung refraktiver Linsen, die eine Mehrzahl von Gruppen refraktiver Linsen als eine Gruppe von bildgebenden optischen Elementen anstelle der Stablinsen-Anordnung 20 verwendet. Eine Konfiguration der Bilderfassungs-Einrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie jene der Bilderfassungs-Einrichtung 1 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Mehrzahl von Gruppen refraktiver Linsen anstelle der Stablinsen-Anordnung 20 enthalten ist.Next, a third embodiment according to the present invention will be described. The first embodiment is the image capture device 1 of the type with a rod lens arrangement, which the rod lens arrangement 20 is used as an imaging optical system for producing an upright image of the same magnification. The present embodiment is a refractive-lens-array-type image-detecting device comprising a plurality of groups of refractive lenses as a group of imaging optical elements instead of the rod-lens array 20 used. A configuration of the image sensing device of the present embodiment is the same as that of the image sensing device 1 of the first embodiment, except that the plurality of groups of refractive lenses instead of the rod lens arrangement 20 is included.

18A ist eine Abbildung, die ein Beispiel für ein bildgebendes optisches Element 50 darstellt, das in einem bildgebenden optischen System der dritten Ausführungsform enthalten ist. Das bildgebende optische Element 50 weist vier refraktive Linsen 51, 52, 53 und 54 auf. Wie in 18A dargestellt, erzeugt ein Lichtstrom, der von einer Mehrzahl von Punkten auf einer Objektebene OP her einfällt, auf einer dazwischenliegenden bilderzeugenden Ebene IMP ein invertiertes verkleinertes Bild. Das bildgebende optische Element 50 erzeugt ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung auf einer bilderzeugenden Ebene IP, indem das invertierte verkleinerte Bild weiter vergrößert und invertiert wird. Wie in 18B dargestellt, kann das bildgebende optische System der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen einer Mehrzahl von derartigen bildgebenden optischen Elementen 50 konfiguriert werden. 18A Fig. 13 is an illustration showing an example of an imaging optical element 50 which is included in an imaging optical system of the third embodiment. The imaging optical element 50 has four refractive lenses 51 . 52 . 53 and 54 on. As in 18A 2, a luminous flux incident from a plurality of points on an object plane OP produces an inverted reduced image on an intermediate image forming plane IMP. The imaging optical element 50 generates an upright image of the same magnification on an image-forming plane IP by further enlarging and inverting the inverted reduced image. As in 18B As shown, the imaging optical system of the present embodiment may be arranged by arranging a plurality of such imaging optical elements 50 be configured.

Da das bildgebende optische System von 18B eine Mehrzahl von in 18A dargestellten bildgebenden optischen Elementen 50 aufweist, erzeugt die Mehrzahl von bildgebenden optischen Elementen 50 eine Mehrzahl von aufrechten Bildern mit gleicher Vergrößerung, die auf der bilderzeugenden Ebene IP miteinander überlagert sind. Das Prinzip des Aufbaus des gesamten Bilds, indem eine Mehrzahl von aufrechten Bildern mit gleicher Vergrößerung auf diese Weise überlagert wird, ist das gleiche wie das Prinzip der Stablinsen-Anordnung 20.Since the imaging optical system of 18B a plurality of in 18A represented imaging optical elements 50 has generated the plurality of imaging optical elements 50 a plurality of equal magnification upright images superimposed on the image-forming plane IP. The principle of constructing the entire image by superimposing a plurality of upright images at the same magnification in this manner is the same as the principle of the rod lens arrangement 20 ,

Daher sind bei der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform eine Mikrolinsen-Anordnung 33 und eine lichtabschirmende Struktur 35 zwischen einer emittierenden Oberfläche des bildgebenden optischen Systems von 18B und einer bildgebenden Einheit 31 angeordnet, das Sichtfeld von jedem der bildgebenden optischen Elemente 50 kann verringert sein. Daher ist es möglich, die Tiefenschärfe zu erhöhen, während eine Verringerung der Menge des empfangenen Lichts der bildgebenden Einheit 31 unterbunden wird. Des Weiteren kann eine Interferenz von Lichtstrahlen zwischen benachbarten Mikrolinsen 34 und 34 verhindert werden, wenn der Vergleichsausdruck der vorstehenden Ungleichung (6) oder (7) erfüllt ist, und somit kann die Bildqualität eines erfassten Bilds verbessert werden.Therefore, in the present embodiment, similar to the case of the first embodiment described above, a microlens array is used 33 and a light-shielding structure 35 between an emitting surface of the imaging optical system of 18B and an imaging unit 31 arranged, the field of view of each of the imaging optical elements 50 can be reduced. Therefore, it is possible to increase the depth of focus while decreasing the amount of received light of the imaging unit 31 is prevented. Furthermore, an interference of light rays between adjacent microlenses 34 and 34 can be prevented when the comparison expression of the above inequality (6) or (7) is satisfied, and thus the image quality of a captured image can be improved.

Es ist anzumerken, dass, wie aus der vorstehenden Erläuterung leicht gefolgert werden kann, nicht nur Gruppen refraktiver Linse, sondern auch reflektierende konkave Spiegel als eine Komponente enthalten sein können, solange es sich bei den Spiegeln um ein bildgebendes optisches System vom Typ mit einer Linsenanordnung handelt, das ermöglicht, dass aufrechte Bilder mit gleicher Vergrößerung überlappen. Auch in diesem Fall können ähnliche Effekte erzielt werden. It should be noted that, as can be easily deduced from the above explanation, not only groups of refractive lenses but also reflective concave mirrors may be included as one component as long as the mirrors are a lens array-type imaging optical system that allows upright images to overlap at the same magnification. Also in this case similar effects can be achieved.

Vierte AusführungsformFourth embodiment

Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Fall der ersten Ausführungsform, wie in den 8A bis 8C dargestellt, ist die lichtabschirmende Struktur 35 an einer Position derart ausgebildet, dass von den Gruppen der Strahlen DL1, DL2 und DL3, die auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallen, die Gruppe der Strahlen DL2 transmittiert wird, die unter einem Einfallswinkel einfallen, der kleiner als der Grenzwinkel αL ist. Daher wird nur die Gruppe der Strahlen DL2, die durch die Stablinse 21n in 8A hindurch laufen, mittels der Mikrolinse 34 konzentriert und tritt in den effektiven lichtempfindlichen Bereich des lichtempfindlichen Pixels 32x ein. Andererseits werden die nicht erforderlichen Gruppen der Strahlen DL1 und DL3, die durch die zu der Stablinse 21n benachbarten Stablinsen 21n-1 und 21n+1 hindurch gelaufen sind, durch die lichtabschirmende Struktur 35 abgeschirmt, nachdem sie mittels der Mikrolinse 34 konzentriert wurden.Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described. In the case of the first embodiment, as in FIGS 8A to 8C is the light-shielding structure 35 formed at a position such that of the groups of beams DL1 . DL2 and DL3 pointing to the microlens arrangement 33 come in, the group of rays DL2 which are incident at an incident angle smaller than the critical angle α L is. Therefore, only the group of rays DL2 passing through the rod lens 21 n in 8A through, by means of the microlens 34 concentrated and enters the effective photosensitive area of the photosensitive pixel 32x one. On the other hand, the unnecessary groups of rays become DL1 and DL3 passing through to the rod lens 21 n neighboring rod lenses 21 n-1 and 21 n + 1 passed through the light-shielding structure 35 screened after using the microlens 34 were concentrated.

Im Gegensatz dazu ist 19 eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration einer bildgebenden Einheit 31K der vierten Ausführungsform darstellt. Die Konfiguration einer Bilderfassungs-Einrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie jene der Bilderfassungs-Einrichtung 1 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die bildgebende Einheit 31K von 19 anstelle der lichtabschirmenden Struktur 35 und der bildgebenden Einheit 31 der ersten Ausführungsform enthalten ist. Wie in 19 dargestellt, ist ein effektiver lichtempfindlicher Bereich eines lichtempfindlichen Pixels 32xa der bildgebenden Einheit 31K über einem Bereich ausgebildet, in dem von den Gruppen der Strahlen DL1, DL2 und DL3, die auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallen, nur eine Gruppe der Strahlen DL2 empfangen wird, die unter einem Einfallswinkel einfallen, der kleiner als ein Grenzwinkel αL ist (das heißt, einem Einfallswinkel innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs). Daher werden die Gruppen der Strahlen DL1 und DL3, die unter einem Einfallswinkel auf die Mikrolinsen-Anordnung 33 einfallen, der größer als der Grenzwinkel αL ist (das heißt, einem Einfallswinkel außerhalb des begrenzten Winkelbereichs), von dem lichtempfindlichen Pixel 32xa nicht empfangen.In contrast, is 19 a cross-sectional view showing a schematic configuration of an imaging unit 31K of the fourth embodiment. The configuration of an image sensing device of the present embodiment is the same as that of the image sensing device 1 the first embodiment, except that the imaging unit 31K from 19 instead of the light-shielding structure 35 and the imaging unit 31 The first embodiment is included. As in 19 is an effective photosensitive area of a photosensitive pixel 32xa the imaging unit 31K formed over a range in which of the groups of rays DL1 . DL2 and DL3 pointing to the microlens arrangement 33 come in, just a group of rays DL2 which are incident at an incident angle smaller than a critical angle α L is (that is, an angle of incidence within a limited angular range). Therefore, the groups of rays DL1 and DL3 at an angle of incidence on the microlens array 33 which is greater than the critical angle α L (that is, an angle of incidence outside the limited angular range) of the photosensitive pixel 32xa not received.

Anstatt die lichtabschirmende Struktur 35 der ersten Ausführungsform zu enthalten, ist die vorliegende Ausführungsform auf diese Weise so ausgelegt, dass sie in der Hauptabtastrichtung x eine geringere Lichtempfangsbreite in den lichtempfindlichen Pixeln 32xa aufweist. Daher ist es in einer ähnlichen Weise wie bei dem Fall der ersten Ausführungsform möglich, die Tiefenschärfe zu erhöhen, während eine Verringerung der Menge des empfangenen Lichts der bildgebenden Einheit 31K unterbunden wird.Instead of the light-shielding structure 35 According to the first embodiment, the present embodiment is thus designed to be in the main scanning direction x a lower light-receiving width in the photosensitive pixels 32xa having. Therefore, in a similar manner as in the case of the first embodiment, it is possible to increase the depth of focus while decreasing the amount of received light of the imaging unit 31K is prevented.

Des Weiteren liegt im Vergleich mit der bildgebenden Einheit 31 der ersten Ausführungsform ein Effekt dahingehend vor, dass die Abmessung der bildgebenden Einheit 31K reduziert werden kann. Als ein Herstellungsverfahren für die bildgebende Einheit 31K handelt es sich bei einem typischen Beispiel zum Beispiel um ein Verfahren, bei dem mittels eines Halbleiterprozesses eine große Anzahl von Chips für bildgebende Einheiten auf einem einzelnen Halbleitersubstrat (zum Beispiel einem Silicium-Wafer) hergestellt wird und dann diese große Anzahl von Chips für bildgebende Einheiten voneinander getrennt wird. Jeder der Chips für eine bildgebende Einheit wird als eine bildgebende Einheit 31K verwendet. Ein Herstellungsverfahren für die bildgebende Einheit 31 der ersten Ausführungsform ist außerdem ähnlich wie das Herstellungsverfahren für die bildgebende Einheit 31K. Daher liegt, wie vorstehend beschrieben, ein Effekt dahingehend vor, dass die Anzahl von Chips für bildgebende Einheiten, die aus dem einen Halbleitersubstrat hergestellt werden, zunimmt, wenn die Lichtempfangsbreite des effektiven lichtempfindlichen Bereichs der bildgebenden Einheit 31K kleiner wird und der lichtempfindliche Bereich der bildgebenden Einheit 31K kleiner wird.Furthermore, in comparison with the imaging unit 31 In the first embodiment, an effect that the dimension of the imaging unit 31K can be reduced. As a manufacturing method for the imaging unit 31K For example, a typical example is a method in which a large number of imaging unit chips are fabricated on a single semiconductor substrate (for example, a silicon wafer) by a semiconductor process, and then this large number of imaging unit chips is separated from each other. Each of the chips for an imaging unit is considered an imaging unit 31K used. A manufacturing process for the imaging unit 31 The first embodiment is also similar to the manufacturing method of the imaging unit 31K , Therefore, as described above, there is an effect that the number of chips for imaging units made of the one semiconductor substrate increases as the light receiving width of the effective photosensitive area of the imaging unit increases 31K becomes smaller and the photosensitive area of the imaging unit 31K gets smaller.

Da die Abmessung der bildgebenden Einheit 31K klein ist, kann darüber hinaus die Abmessung der gesamten bildgebenden Einheit 31K in der Sub-Abtastrichtung y reduziert werden. Dieser Punkt wird nachstehend beschrieben. 20 ist eine schematische Abbildung, die ein Beispiel für die wesentliche Konfiguration der bildgebenden Einheit 31K der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 20 dargestellt, weist die bildgebende Einheit 31K Folgendes auf: einen Liniensensor 31Ra für rot, der lichtempfindliche Pixel 32ra aufweist, die in einer Linie entlang der Hautabtastrichtung x auf einem Substrat angeordnet sind, einen Liniensensor 31Ga für grün, der lichtempfindliche Pixel 32ga aufweist, die in einer Linie entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind, sowie einen Liniensensor 31B für blau, der lichtempfindliche Pixel 32ba aufweist, die in einer Linie entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind. Bei dem lichtempfindlichen Pixel 32xa, das in 19 dargestellt ist, handelt es sich um eines der lichtempfindlichen Pixel 32ra, 32ga und 32ba.As the dimension of the imaging unit 31K In addition, the size of the entire imaging unit can be small 31K in the sub-scanning direction y be reduced. This point will be described below. 20 Fig. 12 is a schematic diagram showing an example of the essential configuration of the imaging unit 31K of the present embodiment. As in 20 shown, the imaging unit 31K A red line sensor 31Ra having photosensitive pixels 32ra, in a line along the skin scan direction x are arranged on a substrate, a line sensor 31Ga for green, the photosensitive pixel 32ga which is in a line along the main scanning direction x are arranged, as well as a line sensor 31B for blue, the photosensitive pixel 32ba which is in a line along the main scanning direction x are arranged. In the photosensitive pixel 32xa , this in 19 is shown, it is one of the photosensitive pixels 32ra . 32ga and 32ba ,

Des Weiteren sind in der bildgebenden Einheit 31K periphere Schaltungen 31A und 31A in einem Bereich, der kein Licht empfängt, zwischen den lichtempfindlichen Pixeln 32ra, 32ga und 32ba und den lichtempfindlichen Pixeln 32ra, 32ga und 32ba ausgebildet. Die Funktion einer peripheren Schaltung 31A in 20 ist ähnlich wie die Funktion der peripheren Schaltung 31A (7) der ersten Ausführungsform. Die bildgebende Einheit 31K weist ferner periphere Schaltungen 31P für eine Verarbeitung von analogen Ausgangssignalen der peripheren Schaltungen 31A auf. Die Funktion einer peripheren Schaltung 31P ist ähnlich wie die Funktion der peripheren Schaltung 31P (7) der ersten Ausführungsform.Furthermore, in the imaging unit 31K peripheral circuits 31A and 31A in an area receiving no light, between the photosensitive pixels 32ra . 32ga and 32ba and the photosensitive pixels 32ra . 32ga and 32ba educated. The function of a peripheral circuit 31A in 20 is similar to the function of the peripheral circuit 31A ( 7 ) of the first embodiment. The imaging unit 31K also has peripheral circuits 31P for processing analog output signals of the peripheral circuits 31A on. The function of a peripheral circuit 31P is similar to the function of the peripheral circuit 31P ( 7 ) of the first embodiment.

Da die peripheren Schaltungen 31A bei der vierten Ausführungsform in dem Bereich, der kein Licht empfängt, zwischen den lichtempfindlichen Pixeln 32ra, 32ga und 32ba und den lichtempfindlichen Pixeln 32ra, 32ga und 32ba ausgebildet sind, ist die Breite H2 der bildgebenden Einheit 31K in der Sub-Abtastrichtung y geringer als die Breite H1 (7) der bildgebenden Einheit 31 der ersten Ausführungsform in der Sub-Abtastrichtung y. Daher weist die vorliegende Ausführungsform einen Effekt dahingehend auf, dass die Abmessung der bildgebenden Einheit 31K in der Sub-Abtastrichtung y im Vergleich zu jener der ersten Ausführungsform kleiner ist.Because the peripheral circuits 31A in the fourth embodiment, in the area receiving no light, between the photosensitive pixels 32ra . 32ga and 32ba and the photosensitive pixels 32ra . 32ga and 32ba are formed, is the width H2 the imaging unit 31K in the sub-scanning direction y less than the width H1 ( 7 ) of the imaging unit 31 the first embodiment in the sub-scanning direction y , Therefore, the present embodiment has an effect that the dimension of the imaging unit 31K in the sub-scanning direction y is smaller compared to that of the first embodiment.

Die bildgebende Einheit 31K der vorliegenden Ausführungsform weist drei Liniensensoren 31Ra, 31Ga und 31Ba auf, obwohl keine Beschränkung auf diese beabsichtigt ist. Anstelle der drei Liniensensoren 31Ra, 31Ga und 31Ba und der peripheren Schaltungen 31A und 31P, die diesen entsprechen, können ein Liniensensor und periphere Schaltungen eingesetzt werden, die diesem entsprechen.The imaging unit 31K The present embodiment has three line sensors 31RA . 31Ga and 31ba although not limited to them. Instead of the three line sensors 31RA . 31Ga and 31ba and the peripheral circuits 31A and 31P , which correspond to these, a line sensor and peripheral circuits can be used, which correspond to this.

Fünfte AusführungsformFifth embodiment

Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 21 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Aufbau einer lichtabschirmenden Struktur 35A der fünften Ausführungsform schematisch darstellt. Eine Konfiguration einer Bilderfassungs-Einrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie jene der Bilderfassungs-Einrichtung 1 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die lichtabschirmende Struktur 35A von 21 anstelle der vorstehend beschriebenen lichtabschirmenden Struktur 35 der ersten Ausführungsform enthalten ist.Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described. 21 FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a light-shielding structure. FIG 35A of the fifth embodiment schematically. A configuration of an image sensing device of the present embodiment is the same as that of the image sensing device 1 of the first embodiment, except that the light-shielding structure 35A from 21 instead of the light-shielding structure described above 35 The first embodiment is included.

In 21 ist Folgendes dargestellt: zwei benachbarte Stablinsen 21n und 21m (n und m sind aufeinanderfolgende ganze Zahlen), eine Mikrolinsen-Anordnung 33, die Mikrolinsen 34n-3 bis 34n+3 und 34m-3 bis 34m+3 aufweist, die an der Fokusposition oder dem Brennpunkt FP dieser Stablinsen 21n und 21m angeordnet sind, eine bildgebende Einheit 31, die lichtempfindliche Pixel 32x aufweist, die an der Fokusposition oder dem Brennpunkt der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet sind, sowie eine lichtabschirmende Struktur 35A, die zwischen der bildgebenden Einheit 31 und der Mikrolinsen-Anordnung 33 angeordnet ist. Die Mikrolinsen 34n-3 bis 34n+3 und 34m-3 bis 34m+3 weisen die gleiche Konfiguration wie jene der vorstehend beschriebenen Mikrolinse 34 der ersten Ausführungsform auf.In 21 the following is shown: two adjacent rod lenses 21 n and 21 m (n and m are consecutive integers), a microlens array 33 , the microlenses 34 n-3 to 34n + 3 and 34m -3 to 34 m + 3 , which at the focus position or the focal point FP of these rod lenses 21 n and 21 m are arranged, an imaging unit 31 , the photosensitive pixels 32x at the focal position or focus of the microlens array 33 are arranged, and a light-shielding structure 35A between the imaging unit 31 and the microlens array 33 is arranged. The microlenses 34 n-3 to 34n + 3 and 34m -3 to 34 m + 3 have the same configuration as that of the above-described microlens 34 of the first embodiment.

Der Mittelpunkt einer Öffnung 35s der lichtabschirmenden Struktur 35 in der Hauptabtastrichtung x ist bei der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, auf der optischen Achse einer entsprechenden Mikrolinse 34 angeordnet. Daher ist das Ausmaß der positionellen Verschiebung in der Hauptabtastrichtung x zwischen der Öffnung 35s der lichtabschirmenden Struktur 35 und der optischen Achse einer Mikrolinse 34, die dieser entspricht, stets gleich Null.The center of an opening 35s the light-shielding structure 35 in the main scanning direction x is in the first embodiment, as in 9 shown on the optical axis of a corresponding microlens 34 arranged. Therefore, the amount of positional shift in the main scanning direction is x between the opening 35s the light-shielding structure 35 and the optical axis of a microlens 34 which corresponds to this, always equal to zero.

Die Mikrolinsen 34n-3 bis 34n+3 sind bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 21 dargestellt, an Positionen angeordnet, die der Stablinse 21n auf der linken Seite gegenüberliegen. Die Hauptstrahlen Rn-3 bis Rn+3, die von der Stablinse 21n auf die Mikrolinsen 34n-3 bis 34n+3 einfallen, breiten sich jeweils zu der lichtabschirmenden Struktur 35A aus. Wenn der Abstand von der optischen Achse OAn der Stablinse 21n zunimmt, nimmt der Einfallswinkel dieser Hauptstrahlen Rn-3 bis Rn+3 auf eine bilderzeugende Ebene zu. Daher weichen die Eintreffpositionen der Hauptstrahlen Rn-3 bis Rn+3 an der lichtabschirmenden Struktur 35A von den optischen Achsen der Mikrolinsen 34n-3 bis 34n+3 ab, wenn sich die Eintreffpositionen von der optischen Achse OAn der Stablinse 21n entfernen. Damit koordiniert werden jeweils Ausmaße einer positionellen Verschiebung Δn-3 bis Δn+3 in der Hauptabtastrichtung x zwischen den Mittelpunkten von Öffnungen der lichtabschirmenden Struktur 35A und den optischen Achsen der Mikrolinsen 34n-3 bis 34n+3 angegeben. Die Verschiebungsausmaße Δn-3 bis Δn+3 nehmen zu, wenn sich die Öffnungen in der Hauptabtastrichtung x entfernt von der optischen Achse OAn der Stablinse 21n befinden. Da die optische Achse der Mikrolinse 34n mit der optischen Achse OAn der Stablinse 21n übereinstimmt, ist hierbei das Ausmaß einer positionellen Verschiebung Δn zwischen der optischen Achse der Mikrolinse 34n und dem Mittelpunkt der Öffnung, die dieser entspricht, gleich Null.The microlenses 34 n-3 to 34n + 3 are in the present embodiment, as in 21 represented, arranged at positions, that of the rod lens 21 n on the left side opposite. The main rays Rn-3 to Rn + 3 by the rod lens 21n on the microlenses 34 n-3 to 34n + 3 invade, each spread to the light-shielding structure 35A out. When the distance from the optical axis OAn of the rod lens 21 n increases, the angle of incidence of these main rays decreases Rn-3 to Rn + 3 to an image-forming level too. Therefore, the arrival positions of the main rays are different Rn-3 to Rn + 3 on the light-shielding structure 35A from the optical axes of the microlenses 34 n-3 to 34n + 3 when the incident positions are from the optical axis OAn of the rod lens 21 n remove. In each case, the extent of a positional shift is coordinated Δn -3 to Δn + 3 in the main scanning direction x between the centers of openings of the light-shielding structure 35A and the optical axes of the microlenses 34 n-3 to 34n + 3 specified. The displacement dimensions Δn -3 to Δn + 3 increase when the openings in the main scanning direction x away from the optical axis OAn of the rod lens 21 n are located. Because the optical axis of the microlens 34 n with the optical axis OAn of the rod lens 21 n is the extent of a positional shift Δ n between the optical axis of the microlens 34 n and the center of the opening that corresponds to it, equal to zero.

Die Mikrolinsen 34m-3 bis 34m+3 sind in einer ähnlichen Weise an Positionen angeordnet, die der rechten Stablinse 21m gegenüberliegen. Die Hauptstrahlen Rm-3 bis Rm+3 , die auf die Mikrolinsen 34m-3 bis 34m+3 einfallen, breiten sich jeweils von der Stablinse 21m zu der lichtabschirmenden Struktur 35A aus. Zwischen den Mittelpunkten der Öffnungen der lichtabschirmenden Struktur 35A und den optischen Achsen der Mikrolinsen 34m-3 bis 34m+3 sind jeweils Ausmaße einer positionellen Verschiebung Δm-3 bis Δm+3 angegeben. Die Verschiebungsausmaße Δm-3 bis Δm+3 nehmen zu, wenn sich die Öffnungen in der Hauptabtastrichtung x entfernt von der optischen Achse OAm der Stablinse 21m befinden. Hierbei ist das Ausmaß einer positionellen Verschiebung Δm zwischen der optischen Achse der Mikrolinse 34m und dem Mittelpunkt der Öffnung, die dieser entspricht, gleich Null.The microlenses 34m -3 to 34 m + 3 are arranged in a similar manner to positions of the right rod lens 21 m are opposite. The main rays Rm -3 to R m + 3 on the microlenses 34m -3 to 34 m + 3 come in, each spread from the rod lens 21 m to the light-shielding structure 35A out. Between the centers of the openings of the light-shielding structure 35A and the optical axes of the microlenses 34m -3 to 34 m + 3 are each dimensions of a positional shift Δm -3 to Δm + 3 specified. The displacement dimensions Δm -3 to Δm + 3 increase when the openings in the main scanning direction x away from the optical axis OA m the rod lens 21 m are located. Here is the extent of a positional shift Δ m between the optical axis of the microlens 34 m and the center of the opening that corresponds to it, equal to zero.

Da die Öffnungen der lichtabschirmenden Struktur 35A angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben, ist das Verhältnis der Lichtstrahlen, die durch die Öffnungen hindurch laufen, in Bezug auf die einfallenden Lichtstrahlen von den Stablinsen groß (auf die im Folgenden auch als „direkt abdeckende Stablinsen“ Bezug genommen wird), die direkt oberhalb der jeweiligen lichtempfindlichen Pixel 32x (in der negativen Richtung der z-Achse) vorhanden sind. Folglich ist die Verteilung der Lichtstrahlen von den direkt abdeckenden Stablinsen bei einem Bild groß, das durch die bildgebende Einheit 31 gewonnen wird. Darüber hinaus wird eine Überlagerung von Bildern zwischen den benachbarten Stablinsen 21n und 21m unterbunden, so dass die Tiefenschärfe im Ergebnis zunimmt.Since the openings of the light-shielding structure 35A As described above, the ratio of the light beams passing through the openings is large with respect to the incident light beams from the rod lenses (hereinafter also referred to as "direct-coverage rod lenses") directly above the respective photosensitive pixels 32x (in the negative direction of the z-axis) are present. Consequently, the distribution of the light beams from the direct-coverage rod lenses is large in an image formed by the imaging unit 31 is won. In addition, a superimposition of images between the adjacent rod lenses 21 n and 21 m prevented, so that the depth of field increases in the result.

Ferner ist es wünschenswert, die Breite der Öffnungen der lichtabschirmenden Struktur 35A zu begrenzen und zu ermöglichen, dass die Sichtfeldlänge von jeder der Stablinsen 21n und 21m gleich dem Anordnungs-Rastermaß der Stablinsen 21n und 21m ist. Dies verhindert, dass die Sichtfelder der Stablinsen 21n und 21m zwischen den Stablinsen 21n und 21m überlappen, und verhindert eine Überlagerung von Bildern zwischen den Stablinsen 21n und 21m . In diesem Fall wird in dem Fall, in dem die zentralen Positionen der Öffnungen der lichtabschirmenden Struktur 35A wie bei der vorliegenden Ausführungsform so festgelegt sind, dass sie mit Einfallspositionen der Hauptstrahlen übereinstimmen, eine Abschattung von Lichtstrahlen durch die lichtabschirmende Struktur 35A unterbunden, so dass es ermöglicht wird, dass erfasste Bilder vollständiger getrennt zwischen den benachbarten Stablinsen 21n und 21m erzielt werden. Im Ergebnis ist es möglich, ein erfasstes Bild zu erzielen, bei dem eine Verschlechterung der Tiefenschärfe unterbunden wird, die durch überlagerte Bereiche von Bildern zwischen den Stablinsen 21n und 21m verursacht wird.Further, it is desirable to have the width of the openings of the light-shielding structure 35A to limit and allow the field of view length of each of the rod lenses 21n and 21 m equal to the arrangement pitch of the rod lenses 21 n and 21 m is. This prevents the fields of view of the rod lenses 21 n and 21 m between the rod lenses 21 n and 21 m overlap, and prevents superimposition of images between the rod lenses 21 n and 21 m , In this case, in the case where the central positions of the openings of the light-shielding structure become 35A As is set in the present embodiment so as to coincide with incident positions of the main rays, shading of light rays by the light-shielding structure 35A prevented so that it allows captured images more completely separated between the adjacent rod lenses 21 n and 21 m be achieved. As a result, it is possible to obtain a captured image which suppresses deterioration of the depth of field caused by superimposed areas of images between the rod lenses 21 n and 21 m is caused.

Sechste AusführungsformSixth embodiment

Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die den wesentlichen Teil einer Konfiguration einer Bilderfassungs-Einrichtung 1A einer sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described. 22 Fig. 13 is a perspective view illustrating the essential part of a configuration of an image sensing device 1A schematically illustrates a sixth embodiment according to the present invention.

Die Bilderfassungs-Einrichtung A weist eine Kontaktbild-Sensoreinheit 10A auf (auf die im Folgenden als eine „CIS-Einheit 10A (Contact Image Sensor unit 10A“ Bezug genommen wird), bei der es sich um eine Bilderfassungs-Einheit handelt, und weist einen Bildsignalprozessor 70 auf, der ein Signal für das erfasste Bild erzeugt, indem er eine Bildverarbeitung an einem Ausgangssignal der CIS-Einheit 10A durchführt, das heißt, an einem rohen oder unverarbeiteten Bildsignal. Eine Konfiguration der CIS-Einheit 10A der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie jene der CIS-Einheit 10 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass eine bildgebende Einheit 61 von 22 anstelle der bildgebenden Einheit 31 und der lichtabschirmenden Struktur 35 der ersten Ausführungsform enthalten ist. Eine Stablinsen-Anordnung 20, ein Sensorsubstrat 30, die bildgebende Einheit 61 sowie eine Mikrolinsen-Anordnung 33 sind in einem einzelnen Gehäuse 12A montiert.The image capture device A has a contact image sensor unit 10A on (hereinafter referred to as a "CIS unit 10A (Contact Image Sensor unit 10A , Which is an image capturing unit, and has an image signal processor 70 which generates a signal for the captured image by performing image processing on an output of the CIS unit 10A performs, that is, on a raw or unprocessed image signal. A configuration of the CIS unit 10A The present embodiment is the same as that of the CIS unit 10 of the first embodiment, except that an imaging unit 61 from 22 instead of the imaging unit 31 and the light-shielding structure 35 The first embodiment is included. A rod lens arrangement 20 , a sensor substrate 30 , the imaging unit 61 and a microlens array 33 are in a single housing 12A assembled.

Ähnlich wie in dem Fall der ersten Ausführungsform weist die Bilderfassungs-Einrichtung 1A einen (nicht dargestellten) Abtastantriebsmechanismus auf, der die CIS-Einheit 10A entlang der Sub-Abtastrichtung y relativ zu einem Zielobjekt 2 verschiebt, das zweidimensional entlang der Hauptabtastrichtung x und der Sub-Abtastrichtung y verteilt ist. Wird die CIS-Einheit 10A relativ in Bezug auf das Zielobjekt 2 entlang der Sub-Abtastrichtung y verschoben, kann die gesamte abzutastende Oberfläche des Zielobjekts 2 abgetastet werden. Es ist anzumerken, dass der Abtastantriebsmechanismus irgendeiner von einem Mechanismus, der die CIS-Einheit 10A in der Sub-Abtastrichtung y relativ zu dem Zielobjekt 2 verschiebt, oder einem Mechanismus sein kann, der das Zielobjekt 2 in der Sub-Abtastrichtung y relativ zu der CIS-Einheit 10A verschiebt.Similar to the case of the first embodiment, the image sensing device 1A a scan drive mechanism (not shown) that houses the CIS unit 10A along the sub-scanning direction y relative to a target object 2 shifts that two-dimensionally along the main scanning direction x and the sub-scanning direction y is distributed. Will the CIS unit 10A relative to the target object 2 along the sub-scanning direction y shifted, the entire surface of the target object to be scanned 2 be scanned. It should be noted that the scan drive mechanism is any of a mechanism that incorporates the CIS unit 10A in the sub-scanning direction y relative to the target object 2 shifts, or may be a mechanism that is the target object 2 in the sub-scanning direction y relative to the CIS unit 10A shifts.

Die Stablinsen-Anordnung 20 weist N Stablinsen 211 , 212 , ... und 21N auf, die als N bildgebende optische Elemente entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind. Diese Stablinsen 211, 212 , ... und 21N erzeugen auf der Basis von Licht, das durch das Zielobjekt 2 gestreut wird, an den Fokuspositionen oder Brennpunkten (an der Einfallsoberfläche der Mikrolinsen-Anordnung 33) der Stablinsen 211, 212 , ... und 21N N aufrechte Bilder mit gleicher Vergrößerung. Die Mikrolinsen-Anordnung 33 konzentriert die von den Stablinsen 211 bis 21N einfallenden Lichtstrahlen auf Gruppen lichtempfindlicher Pixel auf der bildgebenden Einheit 61. The rod lens arrangement 20 has N rod lenses 21 1 . 21 2 , ... and 21 N on, the N-imaging optical elements along the main scanning direction x are arranged. These rod lenses 211 . 21 2 , ... and 21 N generate on the basis of light passing through the target object 2 is scattered at the focus positions or focal points (on the incidence surface of the microlens array 33 ) of the rod lenses 211 . 21 2 , ... and 21 N N upright pictures with the same magnification. The microlens arrangement 33 Focuses on the rod lenses 211 to 21 N incident light rays on groups of photosensitive pixels on the imaging unit 61 ,

23 ist eine Abbildung, die eine positionelle Beziehung zwischen der Stablinsen-Anordnung 20, der Mikrolinsen-Anordnung 33, der bildgebenden Einheit 61 und dem Sensorsubstrat 30 schematisch darstellt. Bei dem Beispiel von 23 sind Stablinsen 21n-2 , 21n-1 , 21n , 21n+1 und 21n+2 (n ist eine ganze Zahl), die in der Stablinsen-Anordnung 20 enthalten sind, entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet. In 23 sind der Zweckmäßigkeit der Beschreibung halber die Ziffern R = -1, 0 und 1, die den Stablinsen 21n+R zugeordnet sind, unter Verwendung der Stablinse 21n als Referenz dargestellt. Für jede der Stablinsen 21n+R ist eine Linsengruppe angeordnet, die dreizehn Mikrolinsen 34 aufweist, wobei sie an der optischen Achse OAn+R der Stablinse 21n+R zentriert ist. Daher sind in der gesamten Stablinsen-Anordnung 20 Mikrolinsen 34 angeordnet, die N Linsengruppen bilden, von denen jede an der Fokusposition oder dem Brennpunkt von jeder der N Stablinsen 211 bis 21N angeordnet ist. Die Anzahl von Mikrolinsen 34, die jede Linsengruppe bildet, ist jedoch nicht auf dreizehn beschränkt. 23 is an illustration showing a positional relationship between the rod lens arrangement 20 , the microlens arrangement 33 , the imaging unit 61 and the sensor substrate 30 schematically represents. In the example of 23 are rod lenses 21 n-2 . 21 n-1 . 21 n . 21 n + 1 and 21n + 2 (n is an integer), which is in the rod lens arrangement 20 are included along the main scanning direction x arranged. In 23 For the sake of convenience of description, the numbers R = -1, 0 and 1 that the rod lenses 21n + R are assigned, using the rod lens 21 n shown as a reference. For each of the rod lenses 21n + R is a lens group arranged thirteen microlenses 34 having, on the optical axis OA n + R the rod lens 21n + R is centered. Therefore, in the entire rod lens arrangement 20 microlenses 34 arranged to form N lens groups, each at the focus position or the focal point of each of the N rod lenses 211 to 21 N is arranged. The number of microlenses 34 which forms each lens group, however, is not limited to thirteen.

Wie in 24 dargestellt, weist die bildgebende Einheit 61 lichtempfindliche Pixel 62 auf, die entlang der Hauptabtastrichtung x an Positionen angeordnet sind, an denen Lichtstrahlen mittels der Mikrolinsen 34 konzentriert werden. Ähnlich wie bei den lichtempfindlichen Pixeln 32r, 32g, 32b, ... der ersten Ausführungsform können diese lichtempfindlichen Pixel 62 unter Verwendung von bildgebenden Halbleiterelementen konfiguriert werden, wie beispielsweise CMOS-Bildsensoren oder CCD-Bildsensoren. Jedes der lichtempfindlichen Pixel 62 gibt ein analoges Empfangssignal mit einer Intensität, die der Menge des einfallenden Lichts entspricht, an eine periphere Schaltung an der bildgebenden Einheit 61 ab. Ähnlich wie die peripheren Schaltungen 31A und 31P der ersten Ausführungsform führt diese periphere Schaltung eine Signalverarbeitung an dem analogen Empfangssignal durch, das von jedem der lichtempfindlichen Pixel 62 eingegeben wird, um ein digitales Empfangssignal zu erzeugen, und gibt das digitale Empfangssignal über das Sensorsubstrat 30 und einen Signalübertragungspfad (zum Beispiel ein Kabel) von 22 an den Bildsignalprozessor 70 ab. Wie später im Detail beschrieben wird, kann der Bildsignalprozessor 70 ein erfasstes Bild erzeugen, indem auf der Basis von rohen oder unverarbeiteten Bildsignalen, die eine Gruppe von digitalen Empfangssignalen aufweisen, die von der bildgebenden Einheit 61 abgegeben werden, N Sichtfeld-Bilder (digitale Bilder) aufgebaut werden, die N aufrechte Bilder mit gleicher Vergrößerung repräsentieren, die durch die Stablinsen 211 bis 21N erzeugt werden, und diese N Sichtfeld-Bilder kombiniert werden.As in 24 shown, the imaging unit 61 photosensitive pixels 62 up, along the main scanning direction x are arranged at positions at which light rays by means of the microlenses 34 be concentrated. Similar to the photosensitive pixels 32r . 32g . 32b , ... of the first embodiment, these photosensitive pixels 62 be configured using semiconductor imaging elements, such as CMOS image sensors or CCD image sensors. Each of the photosensitive pixels 62 outputs an analog received signal having an intensity corresponding to the amount of incident light to a peripheral circuit on the imaging unit 61 from. Similar to the peripheral circuits 31A and 31P In the first embodiment, this peripheral circuit performs signal processing on the received analog signal from each of the photosensitive pixels 62 is input to generate a digital received signal and outputs the digital received signal over the sensor substrate 30 and a signal transmission path (for example, a cable) of 22 to the image signal processor 70 from. As will be described in detail later, the image signal processor 70 generate a captured image by using, based on raw or unprocessed image signals, a group of digital received signals received from the imaging unit 61 N field of view images (digital images) are constructed which represent N upright images of the same magnification, by the rod lenses 211 to 21 N are generated, and these N field of view images are combined.

Bei dem Beispiel von 24 ist für eine Mikrolinse 34 eine Gruppe von lichtempfindlichen Pixeln angeordnet, die einen Satz von sechs lichtempfindlichen Pixeln 62 aufweist. Daher konzentriert jede der dreizehn Mikrolinsen 34, die an jeder der Stablinsen 21n+R angeordnet ist, Lichtstrahlen zu dreizehn Sätzen von Gruppen lichtempfindlicher Pixel hin, die insgesamt 78 (= 6 x 13 Sätze) lichtempfindliche Pixel 62 aufweisen. Gruppen von lichtempfindlichen Pixeln, die an jeder der Stablinsen 21n+R angeordnet sind, können ein konzentriertes Bild detektieren, das mittels der dreizehn Mikrolinsen 34 erzeugt wird. Es ist anzumerken, dass die Anzahl von lichtempfindlichen Pixeln, die für eine Mikrolinse 34 angeordnet sind, nicht speziell begrenzt ist.In the example of 24 is for a microlens 34 a set of photosensitive pixels arranged, containing a set of six photosensitive pixels 62 having. Therefore, each of the thirteen microlenses concentrates 34 attached to each of the rod lenses 21n + R is arranged, light beams to thirteen sets of groups of photosensitive pixels out, the total 78 (= 6 x 13 sets) photosensitive pixels 62 exhibit. Groups of photosensitive pixels attached to each of the rod lenses 21 n + R are arranged, can detect a concentrated image by means of the threefold hn microlenses 34 is produced. It should be noted that the number of photosensitive pixels required for a microlens 34 are not specifically limited.

Zum Beispiel ist das folgende Beispiel einer Konfiguration denkbar:

  • - Durchmesser Φ von jeder der Stablinsen 21n+R : 546 µm;
  • - Anordnungs-Rastermaß Pr der Stablinsen 211 bis 21N : 546 µm;
  • - halber Sichtfeldwinkel von jeder der Stablinsen 21n+R : 9°;
  • - Anordnungs-Rastermaß in der Hauptabtastrichtung x der Mikrolinsen 34: 42 µm;
  • - Krümmungsradius R der zylindrischen Linsenoberflächen der Mikrolinsen 34: 78 µm;
  • - Brechungsindex n der Mikrolinsen 34: 1,59; und
  • - Dicke der Mikrolinsen 34: 211 µm.
For example, the following example of a configuration is conceivable:
  • - Diameter Φ of each of the rod lenses 21n + R : 546 μm;
  • - Arrangement pitch Pr of rod lenses 211 to 21 N : 546 μm;
  • - Half field of view of each of the rod lenses 21n + R : 9 °;
  • Arrangement pitch in the main scanning direction x the microlenses 34: 42 μm;
  • Radius of curvature R of the cylindrical lens surfaces of the microlenses 34 : 78 μm;
  • Refractive index n of the microlenses 34 : 1.59; and
  • - Thickness of the microlenses 34 : 211 μm.

Bei diesem Beispiel einer Konfiguration ist das Anordnungs-Rastermaß (= 42 µm) der Mikrolinsen 34 gleich 1/13 des Rastermaßes Pr der Stablinsen 211 bis 21N . 24 stellt einen Zustand dar, in dem parallele Strahlen OL konzentriert werden, die unter dem Einfallswinkel γ, der gleich dem halben Sichtfeldwinkel ω = 9° von jeder der Stablinsen 21n+R ist, auf die Mikrolinse 34 einfallen. Ein Anordnungs-Rastermaß der lichtempfindlichen Pixel 62 in der HauptAbtastrichtung x ist gleich 7 µm. Die Brennweite fM der Mikrolinse 34 ist gleich fM = R/(n - 1) = 133 µm. Die Brennweite in einem Medium mit dem Brechungsindex n wird durch n x fM = 211 µm erhalten, und die parallelen Strahlen OL können auf die untere Oberfläche der Mikrolinse 34 fokussiert werden, nachdem sie in die Mikrolinse 34 eingetreten sind.In this example of a configuration, the arrangement pitch (= 42 μm) of the microlenses 34 is 1/13 of the pitch Pr of the rod lenses 21 1 to 21 N , 24 represents a state in which parallel beams OL are concentrated at the angle of incidence γ equal to half the field angle ω = 9 ° of each of the rod lenses 21n + R is on the microlens 34 come to mind. An arrangement grid of photosensitive pixels 62 in the main scanning direction x is equal to 7 μm. The focal length f M the microlens 34 is equal to f M = R / (n - 1 ) = 133 microns. The focal length in a medium with refractive index n is given by nx f M = 211 μm, and the parallel rays OL can be applied to the lower surface of the microlens 34 after being focused into the microlens 34 occurred.

Bei den in 24 dargestellten parallelen Strahlen OL handelt es sich um Strahlen des Lichts, die von einem Punkt an einem Ende des Sichtfelds auf einem Objekt über eine Stablinse 21n+R auf die Mikrolinse 34 einfallen. Die Lichtstrahlen OL werden mittels der Mikrolinse 34 konzentriert und werden auf die untere Oberfläche der Mikrolinse 34 fokussiert. Die Position, an der die Lichtstrahlen OL fokussiert werden, ist in diesem Fall eine in der Hauptabtastrichtung x um den folgenden Wert δ von der optischen Achse der Mikrolinse 34 entfernte Position, bei der es sich um die Grenzposition zwischen den Mikrolinsen 34 handelt: δ = f M × tan γ = 21   μ m .

Figure DE112017001126T5_0017
At the in 24 shown parallel rays OL are rays of light from a point at one end of the field of view on an object via a rod lens 21n + R on the microlens 34 come to mind. The light rays OL are by means of the microlens 34 concentrated and become on the lower surface of the microlens 34 focused. The position where the light beams OL are focused is, in this case, one in the main scanning direction x by the following value δ from the optical axis of the microlens 34 distant position, which is the boundary position between the microlenses 34 is: δ = f M × tan γ = 21 μ m ,
Figure DE112017001126T5_0017

Da keine Lichtstrahlen vorhanden sind, die unter einem Einfallswinkel, der den halben Sichtfeldwinkel ω übersteigt, auf die Mikrolinse 34 einfallen, wird vermieden, dass die auf die Mikrolinse 34 einfallenden Lichtstrahlen mit Lichtstrahlen interferieren, die auf die lichtempfindlichen Pixel 62 auf der unteren Oberfläche der anderen Mikrolinsen 34 benachbart zu der Mikrolinse 34 einfallen. Since there are no light rays incident on the microlens at an angle of incidence exceeding half the field angle ω 34 that will avoid being on the microlens 34 incident light rays interfere with light rays that are incident on the photosensitive pixels 62 on the bottom surface of the other microlenses 34 adjacent to the microlens 34 come to mind.

Bei der vorliegenden Ausführungsform interferieren Lichtstrahlen, die auf eine bestimmte Mikrolinse 34 einfallen, und Lichtstrahlen, die auf andere Mikrolinsen 34 einfallen, in der bildgebenden Einheit 61 nicht miteinander.In the present embodiment, light rays that are incident on a particular microlens interfere 34 come in, and beams of light on other microlenses 34 come in, in the imaging unit 61 not with each other.

Wie in 9 und in der vorstehenden Gleichung (2) dargestellt, variiert eine bilderzeugende Position xa in der Hauptabtastrichtung x in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel α der Lichtstrahlen auf die Mikrolinse 34. Da es sich bei dem Einfallswinkel α (Einheit: Radiant) um einen kleinen Winkel handelt, kann die vorstehende Gleichung (2) in die folgende Näherung (2a) umgewandelt werden: xa = f M × α

Figure DE112017001126T5_0018
As in 9 and in the above equation (2), an image forming position xa varies in the main scanning direction x depending on the angle of incidence α of the light rays on the microlens 34 , Since the angle of incidence α (unit: radians) is a small angle, the above equation (2) can be expressed in the following approximation ( 2a ) being transformed: xa = f M × α
Figure DE112017001126T5_0018

Das heißt, die bilderzeugende Position xa weist eine lineare Beziehung zu dem Einfallswinkel α auf. Da sechs lichtempfindliche Pixel 62 angeordnet sind, die einer Mikrolinse 34 entsprechen, können diese sechs lichtempfindlichen Pixel 62 Lichtstrahlen empfangen, die unter einem Einfallswinkel α innerhalb der Bereiche -9 ≤ α ≤ -6°, -6° ≤ α ≤ -3°, -3° ≤ α ≤ 0°, 0 ≤ α≤ 3°, 3 ≤ α ≤ 6° beziehungsweise 6 ≤ α <9° einfallen.That is, the image-forming position xa has a linear relationship to the incident angle α. Because six photosensitive pixels 62 are arranged, that of a microlens 34 can match these six photosensitive pixels 62 Receive light rays incident at an incident angle α within the ranges -9 ≦ α ≦ -6 °, -6 ° ≦ α ≦ -3 °, -3 ° ≦ α ≦ 0 °, 0 ≦ α ≦ 3 °, 3 ≦ α ≦ 6 ° or 6 ≤ α <9 °.

Wie in 25 dargestellt, ist indessen eine Position, die sich in der Hauptabtastrichtung x entfernt von der optischen Achse OAn der Stablinse 21n befindet, auf der Brennebene IP der Stablinse 21n (R = 0) mit x bezeichnet. Auf der optischen Achse OAn gilt x = 0. Die Position x wird durch den folgenden Ausdruck wiedergeben: x = L × tan α .

Figure DE112017001126T5_0019
As in 25 Meanwhile, a position that is in the main scanning direction is shown x away from the optical axis OAn of the rod lens 21 n located on the focal plane IP of the rod lens 21 n (R = 0) denoted by x. On the optical axis OAn, x = 0. The position x is represented by the following expression: x = L × tan α ,
Figure DE112017001126T5_0019

Hierbei bezeichnet L, wie in 25 dargestellt, einen Abstand zwischen einem emittierenden Ende der Stablinse 21n und der Brennebene IP. In dem Fall des vorstehenden Konfigurationsbeispiels ist L = 5,68 mm.Here L denotes as in 25 illustrated, a distance between an emitting end of the rod lens 21 n and the focal plane IP. In the case of the above configuration example, L = 5.68 mm.

26 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel α der Lichtstrahlen auf die Mikrolinse 34 und der Konzentrationsposition x in Bezug auf den Hauptstrahl veranschaulicht, der durch die Stablinse 21n (R = 0) hindurch gelaufen ist. In dieser graphischen Darstellung gibt die horizontale Achse die Position x wieder (Einheit: mm), während die vertikale Achse den Einfallswinkel α wiedergibt (Einheit: °). Wie in 26 mittels einer durchgezogenen Linie angezeigt, weisen die Position x und der Einfallswinkel α eine im Wesentlichen lineare Beziehung auf, und der Einfallswinkel α liegt in einem Bereich von -9° bis +9°, und somit liegt die Position x in einem Bereich von -0,9 mm bis +0,9 mm, das heißt, innerhalb des Bereichs von etwa 3,3 Mal dem Rastermaß Pr (= 546 µm) der Stablinsen 211 bis 21N (innerhalb eines Bereichs äquivalent zu etwa 3,3 Stablinsen). 26 Fig. 12 is a graph showing the relationship between the angle of incidence α of the light rays on the microlens 34 and the concentration position x with respect to the main beam which has passed through the rod lens 21n (R = 0). In this graph, the horizontal axis gives the position x again (unit: mm), while the vertical axis represents the angle of incidence α (unit: °). As in 26 indicated by a solid line indicate the position x and the incident angle α has a substantially linear relationship, and the incident angle α is in a range of -9 ° to + 9 °, and thus the position is x in a range of -0.9 mm to +0.9 mm, that is, within the range of about 3.3 times the pitch Pr (= 546 μm) of the rod lenses 21 1 to 21 N (within a range equivalent to about 3.3 rod lenses).

27 ist eine schematische Abbildung, die ein Beispiel für Mikrolinsen-Gruppen und Gruppen lichtempfindlicher Pixel darstellt, die entlang der Hauptabtastrichtung x angeordnet sind, wobei sie an der optischen Achse OAn der n-ten Stablinse 21n zentriert sind. In 27 ist ein Bezugszeichen 34n,m einer Mikrolinse 34 zugeordnet, die entsprechend der n-ten Stablinse 21n angeordnet ist. Ein Bezugszeichen 34n,0 ist einer Mikrolinse 34 zugeordnet, die auf der optischen Achse OAn angeordnet ist. Ist m > 0, bezeichnet eine Mikrolinse 34n,m Mikrolinsen 34, die sich in der negativen Richtung in der Hauptabtastrichtung x entfernt von der zentralen Mikrolinse 3 4n,0 befinden. Ist m < 0, bezeichnet eine Mikrolinse 34n,m Mikrolinsen 34, die sich in der positiven Richtung in der Hauptabtastrichtung x entfernt von der zentralen Mikrolinse 34n,0 befinden. Ein Bezugszeichen 34n+1,m ist einer Mikrolinse 34 zugeordnet, die entsprechend einer (n+1)-ten Stablinse 21n+1 angeordnet ist, und ein Bezugszeichen 34n-1,m ist einer Mikrolinse 34 zugeordnet, die entsprechend einer (n-1)-ten Stablinse 21n-1 angeordnet ist. Des Weiteren sind s = 0, 1, 2, 3, 4 und 5 sechs lichtempfindlichen Pixeln 62, 62, 62, 62, 62 beziehungsweise 62 zugewiesen, die entsprechend jeder der Mikrolinsen 34 angeordnet sind. Bei einer ganzen Zahl p handelt es sich um eine Ziffer, die einer Mikrolinse 34 zugewiesen ist, wobei die Mikrolinse 34n,0 auf der optischen Achse OAn der Stablinse 21n als eine Referenz verwendet wird (p = 0). Anders als die Ziffer m ist diese Ziffer p den Mikrolinsen 34 jenseits der Grenze zwischen den Stablinsen 21n und 21n+1 und der Grenze zwischen den Stablinsen 21n und 21n-1 zugeordnet. 27 Fig. 12 is a schematic diagram illustrating an example of microlens groups and groups of photosensitive pixels taken along the main scanning direction x being arranged on the optical axis OAn of the n-th rod lens 21 n are centered. In 27 is a reference numeral 34 n, m a microlens 34 assigned according to the nth rod lens 21 n is arranged. A reference number 34 n, 0 is a microlens 34 assigned, which is arranged on the optical axis OAn. Is m> 0 , denotes a microlens 34 n, m microlenses 34 moving in the negative direction in the main scanning direction x away from the central microlens 3 4 n, 0 are located. Is m < 0 , denotes a microlens 34 n, m microlenses 34 moving in the positive direction in the main scanning direction x away from the central microlens 34 n, 0 are located. A reference number 34 n + 1, m is a microlens 34 assigned corresponding to one (n + 1) th rod lens 21 n + 1 is arranged, and a reference numeral 3 4 n-1, m is a microlens 34 allocated according to a (n- 1 ) -th rod lens 21 n-1 is arranged. Furthermore, s = 0 . 1 . 2 . 3 . 4 and 5 six photosensitive pixels 62 . 62 . 62 . 62 . 62 respectively 62 assigned corresponding to each of the microlenses 34 are arranged. An integer p is a digit, that of a microlens 34 is assigned, wherein the microlens 34 n, 0 on the optical axis OAn of the rod lens 21 n is used as a reference (p = 0). Unlike the number m, this number p is the microlenses 34 beyond the border between the rod lenses 21 n and 21 n + 1 and the border between the rod lenses 21 n and 21 n-1 assigned.

In dem Fall des vorstehenden Konfigurationsbeispiels sind lichtempfindliche Pixel, an denen Lichtstrahlen ankommen, die durch die Stablinse 21n (R = 0) hindurch gelaufen sind, irgendwelche von sechs lichtempfindlichen Pixeln direkt unter den Mikrolinsen 34 in dem Bereich x = -0,9 mm bis +0,9 mm (26). Die 28A bis 28D sind Abbildungen, die Lichtstrahlen schematisch darstellen, die auf die Mikrolinsen 34n,0 , 34n,3 und 34n,6 einfallen.In the case of the above configuration example, photosensitive pixels to which light rays are incident are those through the rod lens 21 n (R = 0 ), any of six photosensitive pixels directly under the microlenses 34 in that area x = -0.9 mm to +0.9 mm ( 26 ). The 28A to 28D are pictures that schematically represent light rays that are on the microlenses 34 n, 0 . 34 n, 3 and 34 n, 6 come to mind.

Darüber hinaus verteilen sich Lichtstrahlen, die durch die Stablinse 21n (R = 0) hindurch gelaufen sind und in die Mikrolinse 34n,0 eingetreten sind, in dem Fall des vorstehenden Konfigurationsbeispiels über einen Bereich von -2,75° bis +2,75° hinweg um einen Einfallswinkel von θ = 0° herum. Hierbei kommen die Lichtstrahlen an den lichtempfindlichen Pixel 62, 62 mit s = 2, 3 an, wie in 28A schematisch dargestellt, kommen jedoch nicht an den lichtempfindlichen Pixeln mit s = 0, 1, 4, 5 an. Lichtstrahlen, die durch die Stablinse 21n (R = 0) hindurch gelaufen sind und in die Mikrolinse 34n,3 eingetreten sind, verteilen sich indessen über einen Bereich von -2,75° bis +2,75° hinweg um einen Einfallswinkel von 12,7° herum. Hierbei kommen die Lichtstrahlen an den lichtempfindlichen Pixel 62, 62, 62 mit s = 2, 3, 4 an, wie in 28B schematisch dargestellt. Des Weiteren verteilen sich die Lichtstrahlen, die durch die Stablinse 21n (R = 0) hindurch gelaufen sind und in die Mikrolinse 34n,6 eingetreten sind, über einen Bereich von -2,75° bis +2,75° hinweg um einen Einfallswinkel von 2,54° herum. Hierbei kommen die meisten der Lichtstrahlen an den lichtempfindlichen Pixeln 62, 62 mit s = 3, 4 an, wie in 28C schematisch dargestellt, während ein kleiner Teil der Lichtstrahlen an dem lichtempfindlichen Pixel 62 mit s = 2 ankommt.In addition, light rays are distributed through the rod lens 21 n (R = 0 ) and into the microlens 34 n, 0 have occurred in the case of the above configuration example over a range of - 2 , 75 ° to + 2.75 ° around an angle of incidence of θ = 0 °. Here, the light rays come to the photosensitive pixels 62 . 62 with s = 2 . 3 on, as in 28A shown schematically, but do not come to the photosensitive pixels with s = 0, 1 . 4 . 5 at. Beams of light through the rod lens 21 n (R = 0) have passed through and into the microlens 34 n, 3 have spread over a range of 2 , 75 ° to + 2.75 ° by an angle of incidence of 12 , 7 ° around. Here, the light rays come to the photosensitive pixels 62 . 62 . 62 with s = 2 . 3 . 4 on, as in 28B shown schematically. Furthermore, the light rays are distributed through the rod lens 21n (R = 0 ) and into the microlens 34 n, 6 occurred over a range of - 2 , 75 ° to + 2.75 ° by an angle of incidence of 2 , 54 ° around. Most of the light rays come from the photosensitive pixels 62 . 62 with s = 3, 4 on, as in 28C shown schematically, while a small portion of the light rays on the photosensitive pixel 62 arrives with s = 2.

Auf diese Weise kann es sich bei dem Einfallswinkel der Lichtstrahlen auf eine Mikrolinse 34 um kontinuierliche Werte handeln, während die lichtempfindliche Oberfläche auf der unteren Oberfläche der Mikrolinse 34 durch sechs lichtempfindliche Pixel 62 in 6 Segmente unterteilt ist. Daher sind auf der lichtempfindlichen Oberfläche in einer gemischten Weise lichtempfindliche Pixel 62, auf welche die Lichtstrahlen einfallen, die nur durch eine Stablinse 21n hindurch gelaufen sind, ebenso wie lichtempfindliche Pixel 62 vorhanden, auf welche die Lichtstrahlen einfallen, die durch mehrere benachbarte Stablinsen 21n-1 und 21n+1 hindurch gelaufen sind. 28D ist zum Beispiel eine Abbildung, in der die Lichtstrahlen von den benachbarten Stablinsen 21n-1 und 21n+1 (R = -1, R = +1) zu jenen der Stablinse 21n mit R = 0 von 28A hinzugefügt werden. In diesem Fall handelt es sich bei den meisten der Lichtstrahlen, die bei dem lichtempfindlichen Pixel mit s = 3 ankommen, um Lichtstrahlen, die von der Stablinse 21n mit R = 0 ankommen, und außerdem werden Lichtstrahlen, die durch die Stablinse 21n-1 mit R = -1 hindurch gelaufen sind, etwas beigemischt. Bei dem lichtempfindlichen Pixel mit s = 4 kommen nur Lichtstrahlen an, die durch die Stablinse 21n-1 mit R = -1 hindurch gelaufen sind. Bei den meisten der Lichtstrahlen, die bei dem lichtempfindlichen Pixel mit s = 5 ankommen, handelt es sich um die Lichtstrahlen, die durch die Stablinse 21n-1 mit R = -1 hindurch gelaufen sind, und außerdem werden Lichtstrahlen, die von der Stablinse 21n-2 (nicht dargestellt) mit R = -2 ankommen, etwas beigemischt.In this way, the angle of incidence of the light rays on a microlens 34 to act on continuous values while the photosensitive surface on the lower surface of the microlens 34 through six photosensitive pixels 62 in 6 Segments is divided. Therefore, photosensitive pixels are on the photosensitive surface in a mixed manner 62 on which the light rays are incident, only by a rod lens 21 n through, as well as photosensitive pixels 62 present on which the light rays are incident by several adjacent rod lenses 21 n-1 and 21 n + 1 passed through. 28D is, for example, an image in which the light rays from the adjacent rod lenses 21 n-1 and 21 n + 1 (R = -1, R = +1) to those of the rod lens 21 n with R = 0 of 28A to be added. In this case, most of the light beams arriving at the photosensitive pixel at s = 3 are light rays from the rod lens 21 n arrive with R = 0, and also become rays of light through the rod lens 21 n-1 with R = -1 passed through, mixed in a bit. In the case of the photosensitive pixel with s = 4, only light rays arrive through the rod lens 21 n-1 with R = -1 passed through. For most of the light rays that occur at the photosensitive pixel with s = 5 arrive are the rays of light through the rod lens 21 n-1 with R = -1, and also light rays coming from the rod lens 21 n-2 (not shown) arrive with R = -2, added a little.

Werden aus der Mehrzahl von lichtempfindlichen Pixeln auf der unteren Oberfläche der Mikrolinsen 34 nur die lichtempfindlichen Pixel 62 ausgewählt, bei denen die Lichtstrahlen, die durch eine einzelne Stablinse hindurch gelaufen sind, den Großteil belegen, ermöglicht dies den Aufbau eines digitalen Bilds, das ein Bild repräsentiert, das von einer einzelnen Stablinse erzeugt wird.Are made of the plurality of photosensitive pixels on the lower surface of the microlenses 34 only the photosensitive pixels 62 When the light beams that have passed through a single rod lens occupy the majority, this allows the construction of a digital image representing an image produced by a single rod lens.

Es besteht die Möglichkeit, dass Lichtstrahlen, die durch irgendeine von sieben Stablinsen 21n-3 , 21n-2 , 21n-1 , 21n , 21n+1 , 21n+2 , 21n+3 (R = -3 bis +3) hindurch gelaufen sind, bei einer Gruppe von lichtempfindlichen Pixeln im Bereich von x = -1,092 mm bis +1,092 mm ankommen, was der Breite von vier Stablinsen entspricht. 29 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel α und der Konzentrationsposition von auf die Mikrolinsen 34 einfallenden Lichtstrahlen in Bezug auf die Lichtstrahlen veranschaulicht, die durch die sieben Stablinsen 21n-3 bis 21n+3 (R = -3 bis +3) hindurch gelaufen sind. Gemäß 29 wird deutlich, dass für das Beispiel x = 0 ein Lichtstrom mit dem Hauptstrahl α = 0° von der Stablinse 21n (R = 0) her einfällt, ein Lichtstrom mit dem Hauptstrahl α = 5,5° von der Stablinse 21n-1 (R = -1) her einfällt und ein Lichtstrom mit dem Hauptstrahl α = -5,5° von der Stablinse 21n+1 (R = +1) her einfällt.There is a possibility that light rays passing through any of seven rod lenses 21 n-3 . 21 n-2 . 21 n-1 . 21 n . 21 n + 1 . 21n + 2 . 21n + 3 (R = -3 to +3), arrive at a group of photosensitive pixels in the range of x = -1.092 mm to +1.092 mm, which is the width of four rod lenses. 29 Fig. 12 is a graph showing an example of the relationship between the angle of incidence α and the concentration position of the microlenses 34 incident light rays with respect to the light rays illustrated by the seven rod lenses 21 n-3 to 21n + 3 (R = -3 to +3) have passed through. According to 29 it becomes clear that for the example x = 0, a luminous flux with the main ray α = 0 ° from the rod lens 21 n (R = 0) ago, a luminous flux with the main beam α = 5.5 ° from the rod lens 21 n-1 (R = -1) ago and a luminous flux with the main beam α = -5.5 ° from the rod lens 21 n + 1 (R = +1) ago.

Für jede der Stablinsen 21n sind auf lichtempfindlichen Oberflächen einer Gruppe lichtempfindlicher Pixel der vorliegenden Ausführungsform effektive lichtempfindliche Bereiche festgelegt, um von den Hauptstrahlen, die durch eine Stablinse 21n hindurch gelaufen sind, nur die Lichtstrahlen zu empfangen, die unter einem Einfallswinkel α innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs auf eine Mikrolinse 34n,m einfallen. Für jede der Mikrolinsen 34n,m ist ein effektiver lichtempfindlicher Bereich festgelegt. Unter der Annahme, dass es sich bei α1 und α2 um Einfallswinkel von Lichtstrahlen auf eine Mikrolinse 34n,m und kritische Winkel handelt, welche die obere Grenze beziehungsweise die untere Grenze des begrenzten Winkelbereichs definieren, kann der begrenzte Winkelbereich unter Verwendung der kritischen Winkel α1 und α2 mit der folgenden Ungleichung wiedergegeben werden, wobei α1 und α2 gleich einem positiven oder einem negativen Wert sind: α 1 < α < α 2 .

Figure DE112017001126T5_0020
For each of the rod lenses 21 n For example, on photosensitive surfaces of a group of photosensitive pixels of the present embodiment, effective photosensitive areas are set so as to be separated from the main beams by a rod lens 21n have passed through only receiving the light rays which are incident at an angle of incidence α within a limited angular range to a microlens 34 n, m come to mind. For each of the microlenses 34 n, m is an effective photosensitive area set. Assuming that it is α 1 and α 2 by angles of incidence of light rays on a microlens 34 n, m and critical angles which define the upper limit and the lower limit of the limited angular range, respectively, the limited angular range can be determined using the critical angles α 1 and α 2 are represented by the following inequality, wherein α 1 and α 2 equals a positive or a negative value are: α 1 < α < α 2 ,
Figure DE112017001126T5_0020

30 stellt schematisch eine erläuternde Abbildung eines effektiven lichtempfindlichen Bereichs dar, der für eine Mikrolinse 34n,m festgelegt wurde. Das Beispiel von 30 stellt einen Zustand schematisch dar, in dem Lichtstrahlen, die durch die Mikrolinse 34n,m gebrochen und transmittiert wurden, auf eine lichtempfindliche Oberfläche 61r einer Gruppe lichtempfindlicher Pixel einfallen. Bei beiden kritischen Winkeln α1 und α2, die in 30 dargestellt sind, handelt es sich um negative Werte. Wenn Positionen in der Hauptabtastrichtung x, an denen Lichtstrahlen, die unter den kritischen Winkeln α1 und α2 auf eine Mikrolinse 34n,m einfallen, an einer lichtempfindlichen Oberfläche 61r ankommen, mit x1 und x2 bezeichnet sind, wie in 30 dargestellt, werden die Eintreffpositionen x1 und x2 in der Hauptabtastrichtung x durch -fM x tanα1 beziehungsweise -fM x tanα2 abgeleitet. Hierbei bezeichnet fM die Brennweite der Mikrolinsen 34n,m . Wenn die Lichtempfangsbreite eines effektiven lichtempfindlichen Bereichs in der Hauptabtastrichtung x mit hp bezeichnet wird, erfüllen die kritischen Winkel α1 und α2 den folgenden Vergleichsausdruck (8): hp=f M × | tan α 2 tan α 1 |

Figure DE112017001126T5_0021
30 FIG. 2 schematically illustrates an illustrative depiction of an effective photosensitive area for a microlens. FIG 34 n, m was determined. The example of 30 schematically illustrates a state in which light rays passing through the microlens 34 n, m were refracted and transmitted on a photosensitive surface 61r a group of photosensitive pixels. At both critical angles α 1 and α 2 , in the 30 are negative values. When positions in the main scanning direction x at which rays of light that are at critical angles α 1 and α 2 on a microlens 34 n, m invade, on a photosensitive surface 61r arrive, with x 1 and x 2 are designated as in 30 shown are the arrival positions x 1 and x 2 in the main scanning direction x by - f M x tanα 1 respectively - f M x tanα 2 derived. Hereby designated f M the focal length of the microlenses 34 n, m , When the light receiving width of an effective photosensitive area in the main scanning direction x hp is used to satisfy the critical angles α 1 and α 2 the following comparison expression ( 8th ): hp = f M × | tan α 2 - tan α 1 |
Figure DE112017001126T5_0021

Wenn Lichtstrahlen mit dem Einfallswinkel γ, der gleich dem halben Sichtfeldwinkel der Stablinse 21n ist, auf eine Mikrolinse 34n,m einfallen, ist die Position der Lichtstrahlen, die an der lichtempfindlichen Oberfläche 62r ankommen, in der Hauptabtastrichtung x gleich fM x tany. Hierbei gilt die folgende Ungleichung (9): hp < 2 × f M × tan γ

Figure DE112017001126T5_0022
If light rays with the angle of incidence γ equal to half the field angle of the rod lens 21 n is on a microlens 34 n, m invade, is the position of the light rays that are on the photosensitive surface 62r arrive, in the main scanning direction x equal f M x tany. The following inequality (9) applies here: hp < 2 × f M × tan γ
Figure DE112017001126T5_0022

Aus den vorstehenden Ausdrücken (8) und (9) wird die folgende Ungleichung (10) abgeleitet: | tan α 2 tan α 1 | < 2 × tan γ

Figure DE112017001126T5_0023
From the above expressions ( 8th ) and ( 9 ) derives the following inequality (10): | tan α 2 - tan α 1 | < 2 × tan γ
Figure DE112017001126T5_0023

Wie später beschrieben wird, ist eine Gruppe lichtempfindlicher Pixel für jeden Hauptstrahl, der durch jede von den Stablinsen 21n hindurch läuft, in lichtempfindliche Hauptpixel, bei denen es sich um mehrere lichtempfindliche Pixel 62 handelt, die einen effektiven lichtempfindlichen Bereich bilden, und lichtempfindliche Sub-Pixel unterteilt, bei denen es sich um lichtempfindliche Pixel 62 handelt, die sich von den lichtempfindlichen Hauptpixeln unterscheiden.As will be described later, one group of photosensitive pixels is for each main beam passing through each of the rod lenses 21 n passes through, into main light-sensitive pixels, which are multiple photosensitive pixels 62 which form an effective photosensitive area and subdivides photosensitive sub-pixels which are photosensitive pixels 62 which differs from the main light-sensitive pixels.

Der Bildsignalsensor 70 weist eine Funktion auf, durch die ein erfasstes Bild erzeugt wird, indem N Sichtfeld-Bilder aufgebaut werden, die N aufrechte Bilder mit gleicher Vergrößerung repräsentieren, die von den Stablinsen 211 bis 21N erzeugt werden, und die N Sichtfeld-Bilder kombiniert werden. Für jeden der Hauptstrahlen, die durch jede der Stablinsen 21n hindurch gelaufen sind, wählt der Bildsignalprozessor 70 Empfangssignale, die von den lichtempfindlichen Hauptpixeln abgegeben werden, aus Empfangssignalen aus, die von einer Gruppe lichtempfindlicher Pixel abgegeben werden, wählt jedoch Empfangssignale, die von lichtempfindlichen Sub-Pixeln abgegeben werden, nicht aus. Basierend auf den ausgewählten Empfangssignalen baut der Bildsignalprozessor 70 ein n-tes Sichtfeld-Bild auf, das der Stablinse 21n entspricht.The image signal sensor 70 has a function of producing a captured image by constructing N field of view images representing N upright images of the same magnification as those of the rod lenses 211 to 21 N are generated, and the N field of view images are combined. For each of the main rays passing through each of the rod lenses 21 n passed through, the image signal processor selects 70 However, reception signals output from the main photosensitive pixels from reception signals output from a group of photosensitive pixels do not select reception signals output from photosensitive subpixels. Based on the selected receive signals, the image signal processor builds 70 an nth field of view image, that of the rod lens 21 n equivalent.

Indem die lichtempfindlichen Hauptpixel und die lichtempfindlichen Sub-Pixel für jede der Stablinsen 21n unterschieden werden, kann die vorliegende Ausführungsform im Wesentlichen ähnliche Funktionen wie jene der fünften Ausführungsform realisieren. Das heißt, indem die lichtempfindlichen Hauptpixel so ausgewählt werden, dass sie mit einer Einfallsposition von Hauptstrahlen auf den Gruppen lichtempfindlicher Pixel der bildgebenden Einheit 61 übereinstimmen, ist es möglich, ein erfasstes Bild zu erzielen, bei dem eine Verschlechterung der Tiefenschärfe unterbunden wird, die durch überlagerte Bereiche von Bildern zwischen den Stablinsen 21n und 21n+1 und zwischen den Stablinsen 21n und 21n-1 verursacht wird. The main photosensitive pixels and the photosensitive sub-pixels for each of the rod lenses 21 n can be distinguished, the present embodiment can realize substantially similar functions as those of the fifth embodiment. That is, by selecting the main photosensitive pixels to coincide with an incident position of principal rays on the groups of photosensitive pixels of the imaging unit 61 match, it is possible to obtain a captured image in which a deterioration of the depth of field is prevented by superimposed areas of images between the rod lenses 21 n and 21 n + 1 and between the rod lenses 21 n and 21 n-1 is caused.

Als nächstes wird eine Konfiguration des Bildsignalprozessors 70 unter Bezugnahme auf die 31 und 32 beschrieben. 31 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für den Bildsignalprozessor 70 der sechsten Ausführungsform schematisch darstellt. 32 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren einer Bildverarbeitung der sechsten Ausführungsform darstellt.Next, a configuration of the image signal processor will be described 70 with reference to the 31 and 32 described. 31 is a block diagram illustrating a configuration example of the image signal processor 70 of the sixth embodiment. 32 FIG. 10 is a flowchart illustrating an exemplary method of image processing of the sixth embodiment. FIG.

Wie in 31 dargestellt, weist der Bildsignalprozessor 70 Folgendes auf: eine Bildaufbauvorrichtung 71, die auf der Basis von rohen oder unverarbeiteten Bildsignalen, die von der bildgebenden Einheit 61 eingegeben werden, N Sichtfeld-Bilder M1 bis MN aufbaut; eine Bildabgleich-Einheit 72, die ein Verschiebungsausmaß D(i, j) zwischen Sichtfeld-Bildern Mi und Mj detektiert, indem ein Bildabgleich zwischen benachbarten Sichtfeld-Bildern Mi und Mj (j = i + 1) ausgeführt wird; eine Bildkorrekturvorrichtung 73, welche die Sichtfeld-Bilder M1 bis MN korrigiert, indem Transfer-Vergrößerungen τ1 bis τN-1 von N-1 Grenzbereichen in den Sichtfeld-Bildern M1 bis MN auf der Basis des Verschiebungsausmaßes D(i, j) abgeschätzt werden, und die jedes der Sichtfeld-Bilder M1 bis MN unter Verwendung der Transfer-Vergrößerungen τ1 bis τN-1 vergrößert oder verkleinert; sowie einen Kompositbildgenerator 74, der die korrigierten Sichtfeld-Bilder CM1 bis CMN kombiniert, um ein Kompositbild zu erzeugen, und das Kompositild als ein erfasstes Bild abgibt.As in 31 shown, the image signal processor 70 The following: an image building device 71 based on raw or unprocessed image signals generated by the imaging unit 61 N field of view images are entered M 1 to M N builds; an image matching unit 72 having a shift amount D (i, j) between field of view images Mi and M j detected by an image adjustment between adjacent field of view images Mi and M j (j = i + 1) is executed; an image correction device 73 , which the field of view images M 1 to M N corrected by transfer magnifications τ 1 to τ N-1 of N-1 boundary areas in the field of view images M 1 to M N are estimated on the basis of the shift amount D (i, j) and each of the field of view images M 1 to M N using the transfer magnifications τ 1 to τ N-1 enlarged or reduced; and a composite image generator 74 who corrected the field of view images CM 1 to CM N combined to create a composite image and output the composite image as a captured image.

Hierbei ist mit der Transfer-Vergrößerung τi die Transfer-Vergrößerung in einem Grenzbereich zwischen den Sichtfeld-Bildern Mi und Mi+1 gemeint. Die Bildkorrekturvorrichtung 73 kann zum Beispiel unter Verwendung der Transfer-Vergrößerungen τi bis τN-1 jeweils die Sichtfeld-Bilder M1 bis MN-1 korrigieren, und die Transfer-Vergrößerung τN-1 kann dazu verwendet werden, das Sichtfeld-Bild MN zu korrigieren. Alternativ kann die Bildkorrekturvorrichtung 73 die Transfer-Vergrößerung durch eine Interpolation unter Verwendung eines Satzes von Transfer-Vergrößerungen τn und τn+1 oder durch Verwenden der Transfer-Vergrößerungen τ1 bis τN-1 berechnen. Außerdem ist es möglich, eine Transfer-Vergrößerungsverteilung zu berechnen, die kontinuierlich derart variiert, dass die Transfer-Vergrößerungen an beiden Enden eines Sichtfeld-Bilds Mn durch eine Interpolation der Transfer-Vergrößerung miteinander übereinstimmen, und diese Transfer-Vergrößerungsverteilung für eine Korrektur des Sichtfeld-Bilds zu verwenden. Auch in dem Fall, in dem sich die Transfer-Vergrößerung τn-1 zwischen den Sichtfeld-Bildern Mn-1 und Mn und die Transfer-Vergrößerung τn zwischen den Sichtfeld-Bildern Mn und Mn+1 unterscheiden, kann folglich eine Transfer-Vergrößerung mit einer hohen Genauigkeit für eine Korrektur der Sichtfeld-Bilder verwendet werden.Here is the transfer magnification τ i the transfer magnification in a boundary between the field of view images M i and M i + 1 meant. The image correction device 73 For example, using the transfer magnifications τ i to τ N-1 in each case the field of view images M 1 to M N-1 correct, and the transfer magnification τ N-1 can be used to view the field of view image M N to correct. Alternatively, the image correction device 73 the transfer magnification by interpolation using a set of transfer magnifications τ n and τ n + 1 or by using the transfer magnifications τ 1 to τ N-1 to calculate. In addition, it is possible to calculate a transfer magnification distribution that varies continuously such that the transfer magnifications at both ends of a field of view image M n by using an interpolation of the transfer magnification, and to use this transfer magnification distribution for a correction of the field of view image. Even in the case where the transfer magnification τ n-1 between the field of view pictures Mn -1 and M n and the transfer magnification τ n between the field of view pictures M n and Mn + 1 Thus, a transfer magnification with a high accuracy can be used for a correction of the visual field images.

Bezugnehmend auf 32 empfängt die Bildaufbauvorrichtung 71 zunächst ein Bündel von digitalen Empfangssignalen, die Detektionsausgangssignalen von sämtlichen lichtempfindlichen Pixeln 62 an der bildgebenden Einheit 61 entsprechen, als rohe oder unverarbeitete Bildsignale und speichert die rohen oder unverarbeiteten Bildsignale in einem internen Speicher (Schritt ST1). Dieses rohe oder unverarbeitete Bildsignal wird durch einmaliges Abtasten einer abzutastenden Oberfläche eines Zielobjekts 2 erhalten.Referring to 32 receives the image building device 71 first a burst of digital received signals, the detection outputs from all the photosensitive pixels 62 at the imaging unit 61 as raw or unprocessed image signals and stores the raw or unprocessed image signals in an internal memory (step ST1 ). This raw or unprocessed image signal is obtained by scanning a scanned surface of a target object once 2 receive.

Als nächstes baut die Bildaufbauvorrichtung 71 N Sichtfeld-Bilder M1 bis MN auf, die N aufrechte Bilder mit gleicher Vergrößerung repräsentieren, die jeweils von den Stablinsen 211 bis 21N erzeugt werden (Schritt ST2). Wenn im Einzelnen das n-te Sichtfeld-Bild Mn aufgebaut wird, das der n-ten Stablinse 21n entspricht, fokussiert die Bildaufbauvorrichtung 71 auf Gruppen lichtempfindlicher Pixel unmittelbar unterhalb von 3 × 13 Mikrolinsen ..., 34n-1, 6 , 34n, -6 , ..., 34n, 0 , ..., 34n , 6, 34n+1, -6 (27), die der Stablinse 21n sowie den zu dieser benachbarten Stablinsen 21n-1 und 21n+1 entsprechen, und wählt die digitalen Empfangssignale, die dem Detektionsausgangssignal der lichtempfindlichen Hauptpixel entsprechen, welche die effektiven lichtempfindlichen Bereiche für die Hauptstrahlen aufweisen, die durch die Stablinse 21n hindurch gelaufen sind, aus den digitalen Empfangssignalen aus, die dem Detektionsausgangssignal dieser Gruppen lichtempfindlicher Pixel entsprechen. Hierbei werden die digitalen Empfangssignale nicht ausgewählt, die dem Detektionsausgangssignal der lichtempfindlichen Sub-Pixel entsprechen, welche die effektiven lichtempfindlichen Bereiche für die Hauptstrahlen nicht aufweisen. Dann baut die Bildaufbauvorrichtung 71 das Sichtfeld-Bild Mn auf der Basis der ausgewählten digitalen Empfangssignale auf.Next, the image build-up device 71 builds N-field images M 1 to M N which represent N upright images of the same magnification, respectively, from the rod lenses 211 to 21 N be generated (step ST2 ). Specifically, when the nth field of view image M n is built, the nth rod lens 21 n corresponds, focuses the image building device 71 on groups of photosensitive pixels just below 3 × 13 microlenses ..., 34 n-1 , 6 . 34 n , -6 , ..., 34 n , 0 , ..., 34 n , 6 , 34 n + 1 , -6 ( 27 ), the rod lens 21 n and to this adjacent rod lenses 21 n-1 and 21 n + 1 and selects the digital reception signals corresponding to the detection output of the main light-sensitive pixels having the effective light-sensitive areas for the main rays passing through the rod lens 21 n have passed through from the digital reception signals corresponding to the detection output of these groups of photosensitive pixels. Here, the digital reception signals corresponding to the detection output of the photosensitive sub-pixels which do not have the effective light-sensitive areas for the main beams are not selected. Then build the image building device 71 the field of view image M n based on the selected digital received signals.

Spezifischer kann die Bildaufbauvorrichtung 71 das n-te Sichtfeld-Bild Mn unter Verwendung einer Matrix K aufbauen, die durch die folgende mathematische Formel (11) definiert ist: K = ( k s , p )

Figure DE112017001126T5_0024
wobei ks,p ein Matrixelement in einer s-ten Zeile und einer p-ten Spalte der Matrix K ist, bei dem es sich um einen Wert von entweder „0“ oder „1“ handelt. Das Zeichen s bezeichnet eine Zeilenzahl, und p bezeichnet eine Spaltenzahl.More specifically, the image building apparatus 71 the nth field of view image M n using a matrix K defined by the following mathematical formula (11): K = ( k s . p )
Figure DE112017001126T5_0024
in which k s, p is a matrix element in an s-th row and a p-th column of the matrix K, which is a value of either "0" or "1". The character s denotes a row number, and p denotes a column number.

Die folgende mathematische Formel ist ein erstes Beispiel für die Matrix K: K = [ 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1   0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 ] p = 16.... 1   0   1 ....1516 m = 3 6 6 1   0   1 6 6 3

Figure DE112017001126T5_0025
The following mathematical formula is a first example of the matrix K: K = [ 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 ] p = - 16 .... ... - 1 0 1 ... .... 1516 m = - 3 ... ... 6 - 6 ... ... - 1 0 1 ... 6 - 6 ... ... 3
Figure DE112017001126T5_0025

Die Zeilenzahl s repräsentiert eine Zahl von 0 bis 5, die jedem der in 27 dargestellten lichtempfindlichen Pixel 62 zugewiesen ist. Bei der Spaltenzahl p handelt es sich um eine Zahl von -16 bis +16, die den Mikrolinsen 34n-1, -3 bis 34n-1, 6, 34n, -6 bis 34n , +6 sowie 34n+1 , -6 bis 34n+1, 3 untermittelbar unterhalb der Stablinsen 21n-1 , 21n und 21n+1 zugewiesen ist. Das heißt, p = -6 bis +6 sind den Mikrolinsen 34n, -6 bis 34n, +6 zugeordnet, die sich unmittelbar unterhalb der Stablinse 21n befinden. Die Spaltenzahlen p = -16 bis -7 sind den Mikrolinsen 34n-1, 3 bis 34n-1, 6 zugeordnet, die sich unmittelbar unterhalb der zu der Stablinse 21n benachbarten Stablinse 21n-1 befinden, und p = +7 bis +16 sind den Mikrolinsen 34n+1, -6 bis 34n+1, 3 unmittelbar unterhalb der zu der Stablinse 21n benachbarten Stablinse 21n+1 zugeordnet. Ein Matrixelement ks, p entspricht einem s-ten lichtempfindlichen Pixel 62 unmittelbar unterhalb einer p-ten Mikrolinse 34 und mit ihm ist ein Koeffizient gemeint, der für eine Gewichtung des Werts eines Pixel-Ausgangssignals (eines Luminanz-Werts) zu verwenden ist, der durch ein digitales Empfangssignal repräsentiert wird, das einem Detektionsausgangssignal des lichtempfindlichen Pixels 62 entspricht.The number of lines s represents a number of 0 to 5 that everyone in 27 shown photosensitive pixels 62 is assigned. The number of columns p is a number from -16 to +16, which is the microlenses 34 n-1 , -3 to 34 n-1, 6, 34 n , -6 to 34 n . +6 and 34n + 1 . -6 to 34n + 1 , 3 subservient below the rod lenses 21 n-1 . 21n and 21 n + 1 is assigned. That is, p = -6 to +6 are the microlenses 34 n, -6 to 34n , +6 assigned directly below the rod lens 21 n are located. The column numbers p = -16 to -7 are the microlenses 34 n-1, 3 to 34 n-1, 6 assigned directly below the to the rod lens 21n neighboring rod lens 21 n-1 and p = +7 to +16 are the microlenses 34 n + 1 , -6 to 34n + 1 , 3 just below the to the rod lens 21 n neighboring rod lens 21 n + 1 assigned. A matrix element k s, p corresponds to a s-th photosensitive pixel 62 immediately below a p-th microlens 34 and by it is meant a coefficient to be used for weighting the value of a pixel output (a luminance value) represented by a digital received signal corresponding to a detection output of the photosensitive pixel 62 equivalent.

Es ist anzumerken, dass ein Matrixelement mit einem Koeffizienten von „1“ bei dem ersten Beispiel für die Matrix K einem lichtempfindlichen Hauptpixel entspricht und ein Matrixelement mit einem Koeffizienten von „0“ einem lichtempfindlichen Sub-Pixel entspricht. In jedem von dem Fall p = -2 bis 2 und s = 2 und 3, dem Fall p = 3 bis 7 und s = 3 und 4 und dem Fall p = 12, 13 und s = 4, 5 kann die Breite hp eines lichtempfindlichen Hauptpixels zum Beispiel auf 14 µm festgelegt sein, was äquivalent mit zwei Pixeln ist. Des Weiteren kann die Breite hp eines lichtempfindlichen Hauptpixels in jedem von dem Fall p = 8 bis 11 und s = 4 und dem Fall p = 14 bis 16 und s = 5 auf 7 µm festgelegt sein, was äquivalent mit einem Pixel ist. Der begrenzte Winkelbereich kann aus dem vorstehenden Ausdruck (8) abgeleitet werden.It should be noted that a matrix element having a coefficient of "1" in the first example of the matrix K corresponds to a main photosensitive pixel and a matrix element having a coefficient of "0" corresponds to a photosensitive sub-pixel. In each of the case p = - 2 to 2 and s = 2 and 3, the case p = 3 to 7 and s = 3 and 4 and the case p = 12 . 13 and s = 4 . 5 For example, the width hp of a main photosensitive pixel may be 14 μm, which is equivalent to two pixels. Further, the width hp of a main photosensitive pixel in each of the case may be p = 8th to 11 and s = 4 and the case p = 14 to 16 and s = 5 on 7 μm, which is equivalent to a pixel. The limited angular range can be deduced from the above expression ( 8th ) be derived.

Die Luminanz-Verteilung des n-ten Sichtfeld-Bilds Mn sei Jn,p . Jn,p weist 33 Werte der Pixel-Zahl p (-16 ≤ p ≤ 16) für ein n auf und ist durch die folgende mathematische Formel (12) gegeben: J n , p = s = 0 5 k s , p   x   I n , p , s

Figure DE112017001126T5_0026
The luminance distribution of the nth field of view image M n be Jn , p , Jn , p has 33 Values of the pixel number p (-16≤p≤16) for an n and is given by the following mathematical formula (12): J n . p = Σ s = 0 5 k s . p x I n . p . s
Figure DE112017001126T5_0026

Dabei bezeichnet In, p, s den Wert eines Pixel-Ausgangssignals entsprechend der Zahl p einer Mikrolinse, die um die n-te Stablinse 21n herum beziffert ist, und der Pixel-Zahl s eines lichtempfindlichen Pixels, das zu der Mikrolinse gehört. Wenn eine zugeordnete Zahl einer Mikrolinse unmittelbar unterhalb der n-ten Stablinse 21n mit m (-6 ≤ m ≤ 6) bezeichnet ist und eine Pixel-Zahl eines lichtempfindlichen Pixels direkt unterhalb der Mikrolinse mit s bezeichnet ist, wird ein Ausgangssignal des lichtempfindlichen Pixels mit Un, m, s bezeichnet. Hierbei kann In, p, s durch die folgenden Ausdrücke (13) wiedergegeben werden: I n ,p ,s = { U n + 1, m = p 13, s ( 7 p 16 ) U n , m = p , s ( 6 p 6 ) U n 1, m = p + 13, s ( 16 p 7 )

Figure DE112017001126T5_0027
This designates I n, p, s the value of a pixel output corresponding to the number p of a microlens around the nth rod lens 21 n around, and the pixel number s of a photosensitive pixel belonging to the microlens. When an assigned number of a microlens just below the nth rod lens 21 n is denoted by m (-6≤m≤6) and a pixel number of a photosensitive pixel just below the microlens is denoted by s, an output of the photosensitive pixel becomes U n, m, s designated. Here can I n, p, s by the following expressions ( 13 ) are reproduced: I n , p , s = { U n + 1, m = p - 13 s ( 7 p 16 ) U n . m = p . s ( - 6 p 6 ) U n - 1, m = p + 13 s ( - 16 p - 7 )
Figure DE112017001126T5_0027

Es ist anzumerken, dass für Un, m, s ein Wert von m einer Mikrolinse entspricht. Für In, p, s entsprechen Werte mehrerer Kombinationen von {n, p} einer Mikrolinse. Wenn zum Beispiel n = 0 und p = 0 ist, ist In=0, p=0, s = Uo,o,s. Wenn n = 1 und p = -13 ist, ist In=-1,p=13,s = U0,0,s , und wenn n = -1 und p = 13 ist, ist In=-1, p=13,s = U0,0,s . Das heißt, wenn eine Bezifferung mit der Variablen p (-16 ≤ p ≤ 16) um die n = 0-te Stablinse herum durchgeführt wird, entspricht eine Mikrolinse 34n, m (n = 0, m = 0) drei Kombinationen von {n = 0, p = 0}, {n = 1, p = -13} und {n = -1, p = 13}. It should be noted that for U n, m, s a value of m corresponds to a microlens. For I n, p, s correspond to values of several combinations of {n, p} of a microlens. For example, if n = 0 and p = 0, is I n = 0, p = 0, s = Uo, o, s. If n = 1 and p = -13, then I n = -1, p = 13, s = U 0,0, s , and if n = -1 and p = 13 is is I n = -1, p = 13, s = U 0,0, s , That is, when a figure is made with the variable p (-16≤p≤16) around the n = 0-th rod lens, a microlens is equivalent 34 n , m (n = 0, m = 0) three combinations of {n = 0, p = 0}, {n = 1, p = -13} and {n = -1, p = 13}.

Daher kann die Bildaufbauvorrichtung 71 das Sichtfeld-Bild Mn mit 33 Pixelwerten von J-16 bis J16 pro Zeile in der Hauptabtastrichtung x aufbauen. Unter der Annahme, dass die Anzahl von Pixeln in der Sub-Abtastrichtung y gleich Py ist, weist das Sichtfeld-Bild Mn 33 x Py Pixel auf.Therefore, the image forming device 71 the field of view image M n With 33 Pixel values of J -16 to J16 per line in the main scanning direction x build up. Assuming that the number of pixels in the sub-scanning direction y equal P y is, has the field of view image M n 33 x P y Pixels on.

Es ist anzumerken, dass der Bereich des Einfallswinkels α ≤ -9° bis +9° bei dem vorstehenden Konfigurationsbeispiel dem Bereich von p = -21 bis +21 entspricht. Da der Luminanz-Wert der Umgebung gering ist, ist bei dem ersten Beispiel für die Matrix K festgelegt, dass Luminanz-Werte in den Bereichen von -21 ≤ p ≤ -17 und 17 ≤ p ≤ 21 nicht eingesetzt werden, die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Anzahl von Zeilen der Matrix K kann erhöht werden. Es kann zum Beispiel eine Matrix K konfiguriert werden, in der Werte von Matrixelementen s = 0 und p = -19, -18, -17 gleich 1 sind und Werte von Matrixelementen s = 5 und p = 19, 18, 17 gleich 1 sind.It is to be noted that the range of the incident angle α ≦ -9 ° to + 9 ° in the above configuration example is the range of p = - 21 to +21 corresponds. Since the luminance value of the environment is low, in the first example for the matrix K, it is determined that luminance values in the ranges of - 21 ≤ p ≤ - 17 and 17 ≦ p ≦ 21 are not employed, but the present embodiment is not limited thereto. The number of lines of the matrix K can be increased. For example, a matrix K may be configured in which values of matrix elements s = 0 and p = -19, -18, -17 are equal to 1 and values of matrix elements s = 5 and p = 19, 18, 17 are equal to 1 ,

Bei dem ersten Beispiel für die Matrix K ist die Anzahl von s mit einem Matrixelement von 1 gleich zwei, wenn p = -13, -12, -7 ≤ p ≤ 7 und p = 12, 13 ist, und die Anzahl von s mit einem Matrixelement von 1 ist gleich eins, wenn - 11 ≤ p ≤-8 und 8 ≤ p ≤ 11 ist. Dies dient dazu, ein Vermischen mit einem Bild zu vermeiden, das durch benachbarte Stablinsen erzeugt wird. Um die Ausgewogenheit der Lichtmenge im Vergleich mit dem ersten Beispiel zu verbessern, kann als ein zweites Beispiel für die Matrix K eine Matrix wie die folgende verwendet werden. K = [ 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1   0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 ] p = 16.... 1   0   1 ....1516 m = 3 6 6 1   0   1 6 6 3

Figure DE112017001126T5_0028
In the first example of the matrix K, the number of s is a matrix element of 1 is two if p = -13, -12, -7≤p≤7, and p = 12, 13, and the number of s with a matrix element of 1 is equal to one when -11≤p≤-8 and 8≤p≤11. This is to avoid mixing with an image produced by adjacent rod lenses. In order to improve the balance of the amount of light in comparison with the first example, as a second example of the matrix K, a matrix such as the following may be used. K = [ 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 ] p = - 16 .... ... - 1 0 1 ... .... 1516 m = - 3 ... ... 6 - 6 ... ... - 1 0 1 ... 6 - 6 ... ... 3
Figure DE112017001126T5_0028

Nach Schritt ST2 führt die Bildabgleich-Einheit 72 einen Bildabgleich zwischen den benachbarten Sichtfeld-Bildern Mi und Mj durch und detektiert das Verschiebungsausmaß D(i, j) zwischen den Sichtfeld-Bildern Mi und Mj (Schritt ST3). Im Einzelnen kann die Bildabgleich-Einheit 72 die Pixel-Position von einem der benachbarten Sichtfeld-Bilder Mi und Mj in der Hauptabtastrichtung x verschieben und kann als das Verschiebungsausmaß D(i, j) ein Verschiebungsausmaß detektieren, bei dem die benachbarten Sichtfeld-Bilder Mi und Mj miteinander übereinstimmen. Hierbei ist mit dem „Verschiebungsausmaß, bei dem die Sichtfeld-Bilder Mi und Mj miteinander übereinstimmen,“ ein Verschiebungsausmaß gemeint, bei dem der Grad an Ähnlichkeit zwischen den Sichtfeld-Bildern Mi und Mj am größten ist. Der Grad an Ähnlichkeit kann zum Beispiel unter Verwendung der Technik der Summe des quadratischen Unterschieds (SSD-Technik, Sum-of-Squared Difference technique), der Technik der Summe des absoluten Unterschieds (SAD-Technik, Sum-of-Absolute Difference technique) oder der Technik des normalisierten Korrelationskoeffizienten (NCC-Technik, Normalized Correlation Coefficient technique) berechnet werden, die bei einem Bildabgleich häufig verwendet werden.After step ST2, the image matching unit performs 72 an image matching between the adjacent field of view images Mi and M j and detects the shift amount D (i, j) between the field of view images Mi and M j (Step ST3 ). In detail, the image matching unit 72 the pixel position of one of the adjacent field of view images Mi and M j in the main scanning direction x and can detect, as the shift amount D (i, j), a shift amount at which the adjacent field of view images Mi and M j agree with each other. Here, with the "shift amount at which the field of view images M i and M j to coincide with each other, "means a degree of shift in which the degree of similarity between the field of view images Mi and M j is greatest. The degree of similarity can be determined, for example, using the sum-of-squared difference technique (SSD), the sum-of-absolute difference technique (SAD technique). or the Normalized Correlation Coefficient Technique (NCC) technique commonly used in image matching.

Als nächstes schätzt die Bildkorrekturvorrichtung 73 die Transfer-Vergrößerung τi des Grenzbereichs zwischen den Sichtfeld-Bildern Mi und Mj auf der Basis des detektierten Verschiebungsausmaßes D(i, j) unter Verwendung einer Nachschlage-Tabelle ab, die im Voraus erstellt wurde (Schritt ST4). In der Nachschlage-Tabelle ist ein abgeschätzter Wert der Transfer-Vergrößerung τi gespeichert, der dem Verschiebungsausmaß D(i, j) entspricht.Next, the image correction device estimates 73 the transfer magnification τ i of the boundary between the field of view images M i and M j on the basis of the detected shift amount D (i, j) using a look-up table prepared in advance (step ST4 ). In the lookup table is an estimated value of the transfer magnification τ i stored corresponding to the shift amount D (i, j).

Als nächstes erzeugt die Bildkorrekturvorrichtung 73 korrigierte Sichtfeld-Bilder CM1 bis CMN, indem die Sichtfeld-Bilder M1 bis MN unter Verwendung der Transfer-Vergrößerungen τ1 bis τN-1 korrigiert werden (Schritt ST5). Im Einzelnen kann die Bildkorrekturvorrichtung 73 die Sichtfeld-Bilder M1 bis MN auf der Basis der Transfer-Vergrößerungen τ1 bis τN-1 korrigieren, indem jedes der Sichtfeld-Bilder M1 bis MN mit einer Vergrößerung des reziproken Werts der Transfer-Vergrößerung vergrößert oder verkleinert wird. Als ein Verfahren zum Vergrößern oder Verkleinern des Sichtfeld-Bilds kann zum Beispiel eine Bildskalierungs-Technik verwendet werden, wie beispielsweise ein bekanntes bilineares Interpolations-Verfahren oder ein bikubisches Interpolations-Verfahren. Dann kombiniert der Kompositbildgenerator 74 die korrigierten Sichtfeld-Bilder CM1 bis CMN , um ein Kompositbild zu erzeugen (Schritt ST6). Dieses Kompositbild wird als das erfasste Bild abgegeben.Next, the image correction device generates 73 corrected field of view images CM 1 to CM N , by the field of view images M 1 to M N using the transfer magnifications τ 1 to τ N-1 be corrected (step ST5 ). In detail, the image correction device 73 the field of view pictures M 1 to M N based on the transfer magnifications τ 1 to τ N-1 correct by taking each of the field of view images M 1 to M N with a Magnification of the reciprocal value of the transfer magnification is increased or decreased. As a method of enlarging or reducing the field of view image, for example, an image scaling technique may be used, such as a known bilinear interpolation method or a bicubic interpolation method. Then the composite image generator combines 74 the corrected field of view images CM 1 to C M N to create a composite image (step ST6 ). This composite image is output as the captured image.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 33 sowie auf die 34A bis 34I ein Simulationsergebnis der Bildverarbeitung beschrieben. 33 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für ein Dokumentenbild darstellt, das auf einer Oberfläche eines Zielobjekts 2 ausgebildet ist. In 33 sind der Zweckmäßigkeit der Beschreibung halber die Hauptabtastrichtung x und die Sub-Abtastrichtung y dargestellt. Die 34A bis 34I sind erläuternde Abbildungen von Simulationsergebnissen der Bildverarbeitung. Die 34A bis 34C stellen verschiedene Bilder im Fall einer genauen Fokussierung (Δz = 0) dar, die 34D bis 34F stellen verschiedene Bilder im Fall einer Defokussierung (Δz = +0,6 mm) dar, und die 34G bis 34I stellen verschiedene Bilder im Fall einer Defokussierung (Δz = -0,6 mm) dar.Next, referring to 33 as well as on the 34A to 34I a simulation result of the image processing described. 33 Figure 5 is an illustration depicting an example of a document image displayed on a surface of a target object 2 is trained. In 33 For convenience of description, the main scanning direction is the same x and the sub-scanning direction y shown. The 34A to 34I are explanatory illustrations of simulation results of image processing. The 34A to 34C represent different images in the case of an accurate focusing (Δz = 0), the 34D to 34F represent different images in the case of defocusing (Δz = +0.6 mm), and the 34G to 34I represent different images in the case of defocusing (Δz = -0.6 mm).

Des Weiteren ist jede der 34A, 34D und 34G ein Beispiel für ein rohes oder unverarbeitetes erfasstes Bild mit einer Auflösung von 3600 dpi in der Hauptabtastrichtung x. Das heißt, bei diesen erfassten Bildern handelt es sich um Bilder, die durch ein sequentielles Anordnen des Ausgangssignals Un, m, s der lichtempfindlichen Pixel erzielt werden, das durch die vorstehenden Ausdrücke (13) definiert ist. Wie in 34A dargestellt, wird zum Zeitpunkt einer genauen Fokussierung mit z = 0 ein gutes Bild erzielt, wie jedoch in den 34D und 34G dargestellt, wird ein in der Hauptabtastrichtung x unscharfes Bild erzeugt, wenn Δz = 0,6 mm oder Δz = -0,6 mm ist. Der Grund, warum diese unscharfen Bilder erzeugt werden, liegt darin, dass aufrechte Bilder mit gleicher Vergrößerung durch drei Stablinsen überlagert werden.Furthermore, each of the 34A . 34D and 34G an example of a raw or unprocessed captured image with a resolution of 3600 dpi in the main scanning direction x , That is, these captured images are images obtained by sequentially arranging the output signal U n, m, s the photosensitive pixels obtained by the above expressions ( 13 ) is defined. As in 34A is shown at the time of accurate focusing with z = 0 a good image is obtained, however, as in the 34D and 34G is shown in the main scanning direction x Blurred image produced when Δz = 0.6 mm or Δz = -0.6 mm. The reason why these blurry images are created is because upright images are superimposed at the same magnification by three rod lenses.

Andererseits repräsentiert jede von 34B, 34E und 34H drei Sichtfeld-Bilder (Auflösung: 600 dpi), die von den drei Stablinsen 21n-1 , 21n und 21n+1 (R = -1, 0, +1) des vorstehenden Konfigurationsbeispiels erhalten werden. Das heißt, diese Sichtfeld-Bilder werden durch sequentielles Anordnen der vorstehenden Jn,p erzielt. Der Zweckmäßigkeit der Erläuterung halber ist zwischen die Sichtfeld-Bilder eine schwarze Linie eingefügt. Die 34C, 34F und 34I sind Referenz-Abbildungen, die Simulationsergebnisse von einem bildgebenden System mit einer Stablinsen-Anordnung ohne die Mikrolinsen 34 darstellen.On the other hand, each represents 34B . 34E and 34H three field of view images (resolution: 600 dpi), that of the three rod lenses 21 n-1 . 21 n and 21 n + 1 (R = -1, 0, +1) of the above configuration example. That is, these visual field images are formed by sequentially arranging the above Jn , p achieved. For the convenience of explanation, a black line is inserted between the field of view images. The 34C . 34F and 34I are reference images showing the simulation results of an imaging system with a rod lens arrangement without the microlenses 34 represent.

Werden die in den 34B, 34E und 34H dargestellten Bilder mit den in den 34C, 34F und 34I dargestellten Bildern verglichen, unterscheidet sich die Schärfe des Bilds signifikant, wenn Δz = ±0,6 mm ist. Die in den 34E und 34H dargestellten Sichtfeld-Bilder sind besser als die in den 34F und 34I dargestellten Bilder. Dies liegt daran, dass sich die in den 34F und 34I dargestellte Bildunschärfe überwiegend aus der Tatsache ableitet, dass Bilder mit unterschiedlichen Vergrößerungen zwischen benachbarten Stablinsen überlagert werden. Wenn zum Beispiel Δz = 0,6 mm ist, handelt es sich bei einem Sichtfeld-Bild, das von jeder der Stablinsen erhalten wird, um ein Bild, das in der Hauptabtastrichtung x um die optische Achse der Stablinse herum verkleinert ist. Eine Bildunschärfe tritt auch für eine einzelne Stablinse auf, eine Bildverschiebung aufgrund der Bildverkleinerung zwischen benachbarten Stablinsen ist jedoch größer als bei dieser. Wenn Δz = -0,6 mm ist, handelt es sich in einer ähnlichen Weise bei einem Sichtfeld-Bild, das von jeder der Stablinsen erhalten wird, um ein Bild, das in der Hauptabtastrichtung x um die optische Achse der Stablinse herum vergrößert ist.Will the in the 34B . 34E and 34H shown images with the in the 34C . 34F and 34I The sharpness of the image differs significantly when Δz = ± 0.6 mm. The in the 34E and 34H displayed field of view images are better than those in the 34F and 34I shown pictures. This is because that in the 34F and 34I illustrated image blurring derives mainly from the fact that images are overlaid with different magnifications between adjacent rod lenses. For example, when Δz = 0.6 mm, a field of view image obtained from each of the rod lenses is an image that is in the main scanning direction x is reduced around the optical axis of the rod lens around. An image blur also occurs for a single rod lens, but an image shift due to the image reduction between adjacent rod lenses is greater than this. When Δz = -0.6 mm, in a similar manner, a field of view image obtained from each of the rod lenses is an image in the main scanning direction x is enlarged around the optical axis of the rod lens around.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Sichtfeld-Bild, das von jeder der Stablinsen erhalten wird, in ein Bild mit gleicher Vergrößerung umgewandelt (Schritt ST5 in 32). Daher ist es notwendig zu wissen, in welchem Ausmaß ein Sichtfeld-Bild verkleinert oder vergrößert ist. Es ist anzumerken, dass die Transfer-Vergrößerung eindeutig bestimmt werden kann, wenn der Dokumentenabstand zu dem Zielobjekt 2 bekannt ist. Obwohl es möglich ist, separat einen Abstandssensor zu verwenden, um den Dokumentenabstand zu erhalten, kann der Dokumentenabstand auch für jede der Stablinsen aus einem Sichtfeld-Bild berechnet werden, wie in den 34B, 34E und 34H dargestellt. In the present embodiment, a field of view image obtained from each of the rod lenses is converted into an image of the same magnification (step ST5 in FIG 32 ). Therefore, it is necessary to know to what extent a field of view image is reduced or enlarged. It should be noted that the transfer magnification can be uniquely determined when the document distance to the target object 2 is known. Although it is possible to separately use a distance sensor to obtain the document distance, the document distance can also be calculated for each of the rod lenses from a field of view image, as in FIGS 34B . 34E and 34H shown.

Bei 35A und 35B handelt es sich um Ergebnisse, die durch Extrahieren von Sichtfeld-Bildern mit R = -1 und R = 0 aus einem Bild, das ohne Überlappen benachbarter Bilder angeordnet ist, wenn Δz = 0 ist, wie in 34B dargestellt, und Ausführen einer Bildabgleich-Verarbeitung erhalten werden (Schritt ST3). 35B ist um Δ×0 = 0,546 mm in der -x-Richtung verschoben. Da die Transfer-Vergrößerung gleich 1 ist, wenn Δz = 0 ist, wird ein Verschiebungsausmaß verwendet, das exakt äquivalent zu 13 Pixeln ist (= 0,546/0,042), das mittels Dividieren von Δ×0 durch das Rastermaß der Mikrolinsen erhalten wird. Die 35C und 35D sind in einer ähnlichen Weise Ergebnisse, die durch Extrahieren von Sichtfeld-Bildern mit R = -1 und R = 0 aus einem Bild, das ohne überlappende benachbarte Bilder angeordnet ist, wenn Δz = -0,6 ist, wie in 34H dargestellt, und Ausführen einer Bildabgleich-Verarbeitung erhalten werden (Schritt ST3). In 35D ist ein Ergebnis für eine Verschiebung um Δ×1 in der -x-Richtung dargestellt. Wenn Δz < 0 ist, handelt es sich bei der Transfer-Vergrößerung um einen Vergrößerungswert größer als 1, somit ist Δ×1 ein Wert kleiner als Δ×0. Auf diese Weise wird das Verschiebungsausmaß Δ×1 in Abhängigkeit von der Transfer-Vergrößerung eindeutig bestimmt. Die Beziehung zwischen dem Verschiebungsausmaß und der Transfer-Vergrößerung kann im Voraus berechnet oder gemessen werden. Daher kann die Transfer-Vergrößerung eines Sichtfeld-Bilds erhalten werden, wenn das Verschiebungsausmaß Δ×1 bekannt ist (Schritt ST4).at 35A and 35B are results obtained by extracting field of view images with R = -1 and R = 0 from an image arranged without overlapping adjacent images when Δz = 0, as in FIG 34B and performing image matching processing (step ST3 ). 35B is shifted by Δ × 0 = 0.546 mm in the -x direction. Because the transfer magnification is the same 1 when Δz = 0, a shift amount that is exactly equivalent to 13 Pixels is (= 0.546 / 0.042), which is obtained by dividing Δ × 0 by the pitch of the microlenses. The 35C and 35D For example, in a similar manner, results obtained by extracting field of view images with R = -1 and R = 0 from an image arranged without overlapping adjacent images when Δz = -0.6 is how in 34H and performing image matching processing are obtained (step ST3). In 35D is a result for a shift by Δ × 1 in the -x direction. When Δz <0, the transfer magnification is larger than a magnification value 1 Thus, Δx1 is a value smaller than Δx0. In this way, the shift amount Δ × 1 is uniquely determined depending on the transfer magnification. The relationship between the shift amount and the transfer magnification can be calculated in advance or measured. Therefore, the transfer magnification of a field of view image can be obtained when the shift amount Δ × 1 is known (step ST4).

Die Bildkorrekturvorrichtung 73 kann ein korrigiertes Sichtfeld-Bild erzielen, indem das Sichtfeld-Bild mit dem reziproken Wert der erhaltenen Transfer-Vergrößerung vergrößert oder verkleinert wird (Schritt ST5). Der Kompositbildgenerator 74 kann ein scharfes Kompositbild wiederherstellen, indem diese korrigierten Sichtfeld-Bilder mit der gleichen Vergrößerung kombiniert werden (Schritt ST6). Wenn die Prozesse der Schritte ST4 bis ST6 für sämtliche Sichtfeld-Bilder ausgeführt werden, kann ein gutes Kompositbild auch für ein abzutastendes Bild erzielt werden, dessen Dokumentenabstand sich in der Hauptabtastrichtung x ändert. Des Weiteren kann ein gutes Kompositbild erzielt werden, wenn die Prozesse der Schritte ST4 bis ST6 auch in der Sub-Abtastrichtung y ausgeführt werden. Zum Beispiel kann ein scharfes Kompositbild sogar von einem Zielobjekt 2 wie beispielsweise einem zerknitterten Papierdokument oder einem Buch mit einem erhabenen Einbandbereich erzielt werden.The image correction device 73 can obtain a corrected field of view image by enlarging or reducing the field of view image with the reciprocal of the obtained transfer magnification (step ST5). The composite image generator 74 can restore a sharp composite image by combining these corrected field of view images with the same magnification (step ST6 ). When the processes of the steps ST4 to ST6 For all field of view images, a good composite image can be obtained even for an image to be scanned whose document pitch is in the main scanning direction x changes. Furthermore, a good composite image can be obtained when the processes of the steps ST4 to ST6 also in the sub-scanning direction y be executed. For example, a sharp composite image may even be from a target object 2 such as a crumpled paper document or a book with a raised cover area.

Wie vorstehend beschrieben, baut der Bildsignalprozessor 70 bei der Bilderfassungs-Einrichtung 1A gemäß der sechsten Ausführungsform, wenn das n-te Sichtbild aufgebaut wird, das ein durch die n-te Stablinse 21n erzeugtes aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung repräsentiert, das n-te Sichtfeld-Bild auf der Basis von Empfangssignalen auf, die aus einer Mehrzahl von lichtempfindlichen Pixeln auf den unteren Oberflächen der Mikrolinsen 34n,-6 , ..., 34n,0 , ..., 34n,6 , die der n-ten Stablinse 21n entsprechen, von den lichtempfindlichen Hauptpixeln abgegeben werden, ohne Empfangssignale zu verwenden, die von den lichtempfindlichen Sub-Pixeln abgegeben werden. Daher ist es möglich, ein erfasstes Bild zu erzielen, bei dem eine Verschlechterung der Tiefenschärfe unterbunden wird, die durch überlagerte Bereiche von aufrechten Bildern mit gleicher Vergrößerung zwischen den Stablinsen 21n und 21n+1 und zwischen den Stablinsen 21n und 21n-1 verursacht wird.As described above, the image signal processor is built 70 in the image capture device 1A According to the sixth embodiment, when the n-th visual image is built, the one through the n-th rod lens 21 n represents the n-th field-of-view image based on received signals composed of a plurality of photosensitive pixels on the lower surfaces of the microlenses 34 n, -6 , ..., 34 n, 0 , ..., 34 n, 6 , the nth rod lens 21 n are emitted from the main light-sensitive pixels without using reception signals output from the photosensitive subpixels. Therefore, it is possible to obtain a captured image which suppresses deterioration of the depth of field caused by superimposed areas of upright images with equal magnification between the rod lenses 21n and 21 n + 1 and between the rod lenses 21 n and 21 n-1 is caused.

Darüber hinaus führt der Bildsignalprozessor 70 einen Bildabgleich zwischen benachbarten Sichtfeld-Bildern aus, um Verschiebungsausmaße zwischen den Sichtfeld-Bildern zu detektieren (Schritt ST3), und kann die Sichtfeld-Bilder korrigieren, indem er eine Transfer-Vergrößerung verwendet, die den detektierten Verschiebungsausmaßen entspricht (Schritte ST4 und ST5). Daher kann der Bildsignalprozessor 70 ein extrem scharfes Kompositbild erzielen (Schritt ST6).In addition, the image signal processor performs 70 Image matching between adjacent field of view images to detect shift amounts between the field of view images (step ST3 ), and can correct the field of view images by using a transfer magnification corresponding to the detected shift amounts (steps ST4 and ST5 ). Therefore, the image signal processor 70 achieve an extremely sharp composite image (step ST6 ).

Bei dieser Ausführungsform weisen die Mikrolinsen 34 der Mikrolinsen-Anordnung 33 eine zylindrische Linsenoberfläche mit einer Krümmung ungleich Null in der Hauptabtastrichtung x auf, wie in 6 dargestellt, obwohl keine Beschränkung darauf beabsichtigt ist. Anstelle der Mikrolinsen-Anordnung 33 kann die Mikrolinsen-Anordnung 33A verwendet werden, welche die Mikrolinsen 34A aufweist, die eine Linsenoberfläche mit einer Krümmung ungleich Null sowohl in der Hauptabtastrichtung x als auch in der Sub-Abtastrichtung y aufweisen, wie in 17 dargestellt.In this embodiment, the microlenses 34 the microlens array 33 a cylindrical lens surface having a non-zero curvature in the main scanning direction x on, like in 6 although not intended to be limited thereto. Instead of the microlens arrangement 33 can the microlens arrangement 33A used, which are the microlenses 34A which has a lens surface having a non-zero curvature both in the main scanning direction x as well as in the sub-scanning direction y have, as in 17 shown.

Des Weiteren wird die Stablinsen-Anordnung 20 bei der vorliegenden Ausführungsform als ein bildgebendes optisches System verwendet, obwohl keine Beschränkung darauf beabsichtigt ist. Anstelle der Stablinsen-Anordnung 20 kann ein bildgebendes optisches System mit einer Mehrzahl von refraktiven Linsen als den bildgebenden optischen Elementen 50 verwendet werden, wie in den 18A und 18B dargestellt.Furthermore, the rod lens arrangement 20 is used as an imaging optical system in the present embodiment, although it is not intended to be limited thereto. Instead of the rod lens arrangement 20 may be an imaging optical system having a plurality of refractive lenses as the imaging optical elements 50 be used as in the 18A and 18B shown.

Darüber hinaus ist die Lichtquelle 11, wie in 22 dargestellt, auf der gleichen Seite wie die Stablinsen-Anordnung 20 in Bezug auf das Zielobjekt 2 angeordnet. Eine weitere Lichtquelle kann auf der entgegengesetzten Seite des Zielobjekts 2 derart angeordnet sein, dass das Licht, das durch die abzutastende Oberfläche des Zielobjekts 2 transmittiert und gestreut wird, in die Stablinsen-Anordnung 20 eintritt. Dies ermöglicht eine Realisierung einer Bilderfassungs-Einrichtung, die ein erfasstes Bild ähnlich wie bei einem Banknoten-Lesegerät, das für ATMs verwendet wird, basierend auf transmittiertem gestreutem Licht erzeugt.In addition, the light source 11 , as in 22 shown on the same page as the rod lens arrangement 20 in relation to the target object 2 arranged. Another light source may be on the opposite side of the target object 2 be arranged such that the light passing through the surface of the target object to be scanned 2 is transmitted and scattered, in the rod lens arrangement 20 entry. This makes it possible to realize an image capturing device that generates a captured image similar to a bill reader used for ATMs based on transmitted scattered light.

Siebte AusführungsformSeventh embodiment

Als nächstes wird eine siebte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 36 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Bildsignalprozessors 70A darstellt, der in einer Bilderfassungs-Einrichtung der siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. Eine Konfiguration der Bilderfassungs-Einrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie jene der Bilderfassungs-Einrichtung 1A der sechsten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der Bildsignalprozessor 70A von 36 anstelle des Bildsignalprozessors 70 der 22 und 29 enthalten ist.Next, a seventh embodiment according to the present invention will be described. 36 FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of an image signal processor. FIG 70A which is incorporated in an image sensing device of the seventh embodiment according to the present invention. A configuration of the image sensing device of the present embodiment is the same as those of the image capture device 1A of the sixth embodiment, except that the image signal processor 70A from 36 instead of the image signal processor 70 of the 22 and 29 is included.

Der in 36 dargestellte Bildsignalprozessor 70A weist ähnlich wie der Bildsignalprozessor 70 der ersten Ausführungsform eine Bildaufbauvorrichtung 71, eine Bildabgleich-Einheit 72, eine Bildkorrekturvorrichtung 73 sowie einen Kompositbildgenerator 74 auf. Der Bildsignalprozessor 70A der vorliegenden Ausführungsform weist ferner Folgendes auf: eine Abstandsberechnungsvorrichtung 75, die den Dokumentenabstand (den Abstand zu einem Zielobjekt) in einem Grenzbereich von jedem der Sichtfeld-Bilder M1 bis MN auf der Basis der Verschiebungsausmaße zwischen den Sichtfeld-Bildern von benachbarten Stablinsen berechnet, die durch die Bildabgleich-Einheit 72 abgeschätzt werden; sowie einen Zustandsdetektor 76, der den Zustand des Zielobjekts 2 auf der Basis des berechneten Dokumentenabstands detektiert.The in 36 illustrated image signal processor 70A similar to the image signal processor 70 the first embodiment, an image forming apparatus 71 , an image matching unit 72 , an image correction device 73 and a composite image generator 74 on. The image signal processor 70A The present embodiment further includes: a distance calculating device 75 showing the document distance (the distance to a target object) in a border area of each of the field of view images M 1 to M N calculated on the basis of the shift amounts between the field of view images of adjacent rod lenses by the image matching unit 72 be estimated; and a state detector 76 that determines the state of the target object 2 detected on the basis of the calculated document distance.

37 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren einer Bildverarbeitung der siebten Ausführungsform darstellt. Bezugnehmend auf 37 führen die Bildaufbauvorrichtung 71, die Bildabgleich-Einheit 72, die Bildkorrekturvorrichtung 73 sowie der Kompositbildgenerator 74 die vorstehenden Schritte ST1 bis ST6 aus. Unter Verwendung des Verschiebungsausmaßes D(i, i + 1), das in dem vorstehenden Schritt ST3 berechnet wird, bezieht sich die Abstandsberechnungsvorrichtung 75 auf eine Nachschlage-Tabelle, die im Voraus erstellt wurde, und berechnet jeweils den Dokumentenabstand d1 bis dN-1 in Grenzbereichen der Sichtfeld-Bilder M1 bis MN (Schritt ST4). Es ist anzumerken, dass der Dokumentenabstand di aus der Transfer-Vergrößerung τi eines Grenzbereichs abgeleitet werden kann, da eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen dem Verschiebungsausmaß D(i, i + 1) und der Transfer-Vergrößerung τi jedes Grenzbereichs besteht. 37 FIG. 10 is a flowchart illustrating an exemplary method of image processing of the seventh embodiment. FIG. Referring to 37 lead the image building device 71 , the image matching unit 72 , the image correction device 73 as well as the composite image generator 74 the preceding steps ST1 to ST6 out. Using the shift amount D (i, i + 1 ), in the previous step ST3 is calculated, the distance calculation device refers 75 on a lookup table that was created in advance, and calculates each the document distance d 1 to d N-1 in boundary regions of the field of view images M 1 to M N (Step ST4 ). It should be noted that the document distance di from the transfer magnification τ i of a boundary region, since there is a one-to-one relationship between the displacement amount D (i, i + 1) and the transfer magnification τ i of each boundary region.

In der Nachschlage-Tabelle ist ein abgeschätzter Wert des Dokumentenabstands gespeichert, der dem Verschiebungsausmaß D(i, i + 1) entspricht. Diese Dokumentenabstände d1 bis dN-1 werden als ein Tiefen-Kennfeld abgegeben. Da die Transfer-Vergrößerung eines Sichtfeld-Bilds, das von jeder der Stablinsen 21n erhalten wird, dem Dokumentenabstand auf einer Eins-zu-Eins-Basis entspricht, kann der Dokumentenabstand aus dem Verschiebungsausmaß berechnet werden.In the look-up table, an estimated value of the document distance corresponding to the shift amount D (i, i + 1) is stored. These document distances d 1 to d N-1 are delivered as a depth map. Because the transfer magnification of a field of view image, that of each of the rod lenses 21 n is obtained, which corresponds to the document distance on a one-to-one basis, the document distance can be calculated from the shift amount.

Hierbei handelt es sich bei der räumlichen Auflösung in der Hauptabtastrichtung (der x-Richtung) des Tiefen-Kennfelds um das Rastermaß Pr der Stablinsen-Anordnung 20, das gröber als das Rastermaß der Pixel ist. Daher kann die Abstandsberechnungsvorrichtung 75 eine zweidimensionale Verteilung (eine Verteilung auf einer x-y-Eben) des Dokumentenabstands als ein Tiefen-Kennfeld mit einer besseren Genauigkeit als dem Rastermaß Pr der Stablinsen-Anordnung 20 erzeugen, indem ein interpolierender Prozess ausgeführt wird, wie beispielsweise eine Interpolation.Here, the spatial resolution in the main scanning direction (the x direction) of the depth map is the pitch Pr of the rod lens array 20 which is coarser than the pitch of the pixels. Therefore, the distance calculation device 75 a two-dimensional distribution (a distribution on an xy plane) of the document pitch as a depth map with a better accuracy than the pitch Pr of the rod lens array 20 by performing an interpolating process, such as interpolation.

Als nächstes detektiert der Zustandsdetektor 76 den Zustand des Zielobjekts 2 auf der Basis des Dokumentenbilds, das in Schritt ST4 erhalten wird (Schritt ST8). Der Zustandsdetektor 76 kann zum Beispiel das Vorhandensein oder das Fehlen eines Vorsprungs oder eines Kratzers in einem Streifen oder einem Material des Zielobjekts 2 detektieren oder kann den Grad einer Unebenheit des Zielobjekts 2 detektieren. Alternativ kann der Zustandsdetektor 76 das Detektionsergebnis als ein Ergebnis einer Überprüfung einer abzutastenden Oberfläche des Zielobjekts 2 abgeben. Insbesondere ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, sehr kleine Unebenheiten auf einer Oberfläche eines Zielobjekts zu unterscheiden, und somit ist es möglich, zu überprüfen, ob an einer Banknote, bei der es sich um ein Zielobjekt handelt, ein Streifen angebracht ist. Da es möglich ist, eine Markierung eines Tiefdruckwalzens, die eine an einer Banknote ausgebildete Unebenheit anzeigt, zusammen mit deren Höhe zu detektieren, trägt dies darüber hinaus beträchtlich zu einer Echtheitserkennung von Banknoten bei.Next, the state detector detects 76 the state of the target object 2 based on the document image in step ST4 is obtained (step ST8 ). The state detector 76 For example, the presence or absence of a protrusion or scratch in a strip or material of the target object 2 detect or can the degree of unevenness of the target object 2 detect. Alternatively, the state detector 76 the detection result as a result of a check of a surface to be scanned of the target object 2 submit. In particular, in the present embodiment, it is possible to distinguish very small bumps on a surface of a target object, and thus it is possible to check whether a bill, which is a target object, has a band attached thereto. Moreover, since it is possible to detect a mark of intaglio printing indicating unevenness formed on a bill along with its height, it contributes considerably to banknote authentication.

Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurden, handelt es sich bei diesen Ausführungsformen um Beispiele der vorliegenden Erfindung, und somit können verschiedene andere Formen als diese Ausführungsformen eingesetzt werden.Although the various embodiments according to the present invention have been described with reference to the drawings, these embodiments are examples of the present invention, and thus various other forms than those embodiments may be employed.

Darüber hinaus können irgendwelche Kombinationen der ersten bis zur siebten Ausführungsform, Modifikationen irgendwelcher Komponenten in den jeweiligen Ausführungsformen oder ein Weglassen irgendwelcher Komponenten in den jeweiligen Ausführungsform innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Zum Beispiel kann eine Kombination der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform durchgeführt werden, und es kann eine Kombination der vierten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform durchgeführt werden.In addition, any combinations of the first to seventh embodiments, modifications of any components in the respective embodiments, or omission of any components in the respective embodiments may be made within the scope of the present invention. For example, a combination of the second embodiment and the third embodiment may be performed, and a combination of the fourth embodiment and the fifth embodiment may be performed.

Industrielle Anwendbarkeit Industrial applicability

Da eine Bilderfassungs-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, ein Bild, das auf einer Oberfläche eines Zielobjekts, wie beispielsweise eines Dokuments, ausgebildet ist, mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen, ist die Bilderfassungs-Einrichtung zum Beispiel geeignet für eine Verwendung in einem Kopiergerät, einem Bildscanner, einem Facsimile-Gerät, einem Banknoten-Lesegerät sowie einer Oberflächenüberprüfungs-Einrichtung. In dem Fall, in dem eine Bilderfassungs-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Oberflächenüberprüfungs-Einrichtung angewendet wird, kann die Bilderfassungs-Einrichtung dazu verwendet werden, Kratzer, Schmutz, Defekte, Farbtöne auf einer Oberfläche des Zielobjekts oder die Position eines Objekts zu detektieren, das auf der Oberfläche ausgebildet ist.For example, since an image capturing device according to the present invention is capable of detecting an image formed on a surface of a target object such as a document with high accuracy, the image capturing device is suitable for use in a copier, an image scanner, a facsimile machine, a banknote reader and a surface inspection device. In the case where an image sensing device according to the present invention is applied to a surface inspection device, the image sensing device may be used to detect scratches, dirt, defects, hues on a surface of the target object, or the position of an object which is formed on the surface.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1A1, 1A
Bilderfassungs-EinrichtungenImage capture devices
22
Zielobjekttarget
10, 10A10, 10A
Kontaktbildsensor(CIS)-EinheitenContact image sensor (CIS) units
1111
Lichtquellelight source
12, 12A12, 12A
Gehäusecasing
2020
Stablinsen-AnordnungRod lens array
211 bis 21N 21 1 to 21 N
Stablinsenrod lenses
3030
Sensorsubstratsensor substrate
31, 31K, 6131, 31K, 61
bildgebende EinheitenImaging units
31R31R
Liniensensor für rotLine sensor for red
31G31G
Liniensensor für grünLine sensor for green
31B31B
Liniensensor für blauLine sensor for blue
31A, 31P31A, 31P
periphere Schaltungenperipheral circuits
32r, 32g, 32b, 32x, 32xa, 6232r, 32g, 32b, 32x, 32xa, 62
lichtempfindliche Pixelphotosensitive pixels
33, 33A33, 33A
Mikrolinsen-AnordnungenMicrolens arrays
34, 34A34, 34A
Mikro-KondensorlinsenMicro condenser lenses
35, 35A35, 35A
lichtabschirmende Strukturenlight-shielding structures
35s35s
Öffnungenopenings
40, 40A40, 40A
BildsignalprozessorenImage Signal Processors
5050
bildgebende optische ElementeImaging optical elements
51 bis 5451 to 54
refraktive Linsenrefractive lenses
70, 70A70, 70A
BildsignalprozessorenImage Signal Processors
7171
BildaufbauvorrichtungImage building apparatus
7272
Bildabgleich-EinheitImage matching section
7373
BildkorrekturvorrichtungImage correction apparatus
7474
KompositbildgeneratorKompositbildgenerator
7575
AbstandsberechnungsvorrichtungDistance calculating means
7676
Zustandsdetektorstate detector
xx
Hauptabtastrichtungmain scanning
yy
Sub-AbtastrichtungSub-scanning

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 6342131 [0002, 0004]JP 6342131 [0002, 0004]

Claims (20)

Bilderfassungs-Einrichtung, die Folgendes aufweist: - ein bildgebendes optisches System, das N bildgebende optische Elemente aufweist, die entlang einer Hauptabtastrichtung angeordnet sind, die im Voraus festgelegt wird, wobei N eine ganze Zahl größer als oder gleich 2 ist, wobei jedes der N bildgebenden optischen Elemente auf der Basis von Licht, das durch ein Zielobjekt gestreut wird, ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung erzeugt; - eine Mikrolinsen-Anordnung, die P Mikro-Kondensorlinsen aufweist, die entlang der Hauptabtastrichtung an Fokuspositionen oder Brennpunkten der N bildgebenden optischen Elemente angeordnet sind, wobei P eine ganze Zahl größer als N ist; und - eine bildgebende Einheit, die P lichtempfindliche Pixel oder P Sätze von Gruppen lichtempfindlicher Pixel aufweist, die an Positionen angeordnet sind, an denen Lichtstrahlen mittels der Mikrolinsen-Anordnung konzentriert werden, und die so angeordnet sind, dass sie jeweils den P Mikro-Kondensorlinsen entsprechen, - wobei jede der Mikro-Kondensorlinsen eine Brechkraft aufweist, um von den Lichtstrahlen, die von dem bildgebenden optischen System her einfallen, die Lichtstrahlen, die unter einem Einfallswinkel innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs einfallen, der im Voraus festgelegt wird, auf Positionen zu konzentrieren, die sich von Positionen unterscheiden, auf die Lichtstrahlen einfallen, die unter einem Einfallswinkel außerhalb des begrenzten Winkelbereichs einfallen, und - wobei die P lichtempfindlichen Pixel oder die P Sätze von Gruppen lichtempfindlicher Pixel einen effektiven lichtempfindlichen Bereich aufweisen, der von den Hauptstrahlen, die durch die N bildgebenden optischen Elemente hindurch laufen, nur die Lichtstrahlen empfängt, die unter einem Einfallswinkel innerhalb des begrenzten Winkelbereichs auf jede der Mikro-Kondensorlinsen einfallen. Image capture device comprising: an imaging optical system comprising N imaging optical elements arranged along a main scanning direction set in advance, where N is an integer greater than or equal to 2, each of the N imaging optical elements being based on light which is scattered by a target object, produces an upright image with equal magnification; a microlens array comprising P micro-condenser lenses arranged along the main scanning direction at focal positions or focal points of the N-imaging optical elements, where P is an integer greater than N; and an imaging unit having P photosensitive pixels or P sets of groups of photosensitive pixels arranged at positions where light beams are concentrated by means of the microlens array and arranged to correspond respectively to the P micro-condensing lenses . wherein each of the micro-condenser lenses has a refractive power for focusing, from the light beams incident from the imaging optical system, the light beams incident at an angle of incidence within a limited angular range set in advance to positions which are different from positions incident on light rays incident at an angle of incidence outside the limited angle range, and wherein the P photosensitive pixels or the sets of photosensitive pixel groups have an effective photosensitive area which receives only the light rays incident on the principal rays passing through the N imaging optical elements which are incident on each at an angle of incidence within the limited angular range of the micro-condenser lenses. Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Vergleichsausdruck erfüllt ist, der mit α L = Arctan [ ha / ( 2 × f M ) ] < β
Figure DE112017001126T5_0029
angegeben ist, wobei fM eine Brennweite von jeder der Mikro-Kondensorlinsen bezeichnet, ha eine Lichtempfangsbreite des effektiven lichtempfindlichen Bereichs in der Hauptabtastrichtung bezeichnet, β einen halben Sichtfeldwinkel von jedem der bildgebenden optischen Elemente in der Hauptabtastrichtung bezeichnet und αL einen Grenzwinkel bezeichnet, der den begrenzten Winkelbereich definiert.
Image capture device according to Claim 1 , wherein a comparison expression is satisfied with α L = arctan [ Ha / ( 2 × f M ) ] < β
Figure DE112017001126T5_0029
where f M denotes a focal length of each of the micro-condenser lenses, ha denotes a light-receiving width of the effective photosensitive area in the main scanning direction, β designates a half field angle of each of the image-forming optical elements in the main scanning direction, and α L denotes a critical angle defines the limited angle range.
Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine lichtabschirmende Struktur aufweist, die zwischen der Mikrolinsen-Anordnung und der bildgebenden Einheit ausgebildet ist, wobei die lichtabschirmende Struktur von den Lichtstrahlen, die auf jede der Mikro-Kondensorlinsen einfallen, einen Lichtstrahl abschirmt, der unter einem Einfallswinkel außerhalb des begrenzten Winkelbereichs einfällt und durch jede der Mikro-Kondensorlinsen konzentriert wird.Image capture device according to Claim 1 or 2 further comprising a light-shielding structure formed between the microlens array and the imaging unit, the light-shielding structure shielding a light beam incident on each of the micro-condenser lenses from an angle of incidence outside the limited angle range and is concentrated by each of the micro-condenser lenses. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Vergleichsausdruck erfüllt ist, der mit f M × tan β < Pt ha / 2
Figure DE112017001126T5_0030
angegeben ist, wobei fM eine Brennweite von jeder der Mikro-Kondensorlinsen bezeichnet, β einen halben Sichtfeldwinkel von jedem der bildgebenden optischen Elemente in der Hauptabtastrichtung bezeichnet, ha eine Lichtempfangsbreite des effektiven lichtempfindlichen Bereichs in der Hauptabtastrichtung bezeichnet, und Pt ein Anordnungs-Rastermaß der Mikro-Kondensorlinsen in der Hauptabtastrichtung bezeichnet.
Image capture device according to one of Claims 1 to 3 , wherein a comparison expression is satisfied with f M × tan β < Pt - Ha / 2
Figure DE112017001126T5_0030
where f M denotes a focal length of each of the micro-condenser lenses, β denotes a half field angle of each of the imaging optical elements in the main scanning direction, ha denotes a light-receiving width of the effective photosensitive area in the main scanning direction, and Pt denotes an arrangement pitch of Micro-condenser lenses in the main scanning direction.
Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Vergleichsausdruck erfüllt ist, der mit f M × tan β < Pt / 2
Figure DE112017001126T5_0031
angegeben ist, wobei fM eine Brennweite von jeder der Mikro-Kondensorlinsen bezeichnet, β einen halben Sichtfeldwinkel von jedem der bildgebenden optischen Elemente in der Hauptabtastrichtung bezeichnet und Pt ein Anordnungs-Rastermaß der P Mikro-Kondensorlinsen in der Hauptabtastrichtung bezeichnet.
Image capture device according to one of Claims 1 to 3 , wherein a comparison expression is satisfied with f M × tan β < Pt / 2
Figure DE112017001126T5_0031
where f M denotes a focal length of each of the micro-condenser lenses, β designates a half field-of-view angle of each of the imaging optical elements in the main scanning direction, and Pt denotes an arrangement pitch of the P micro-condenser lenses in the main scanning direction.
Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 3, - wobei die lichtabschirmende Struktur eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie den lichtempfindlichen Pixeln jeweils gegenüberliegen; und - wobei die Mehrzahl von Öffnungen ermöglicht, dass von den Lichtstrahlen, die auf jede der Mikro-Kondensorlinsen einfallen, nur die Lichtstrahlen hindurch laufen, die unter einem Einfallswinkel innerhalb des begrenzten Winkelbereichs einfallen.Image capture device according to Claim 3 , - wherein the light-shielding structure has a plurality of openings formed to face the photosensitive pixels, respectively; and wherein the plurality of openings allow only the light rays incident at an angle of incidence within the limited angular range to pass through from the light rays incident on each of the micro-condenser lenses. Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 6, - wobei jede der P Mikro-Kondensorlinsen eine zylindrische Linsenoberfläche mit einer Krümmung in der Hauptabtastrichtung aufweist; und - wobei jede der Öffnungen einen Schlitz bildet, der sich entlang eines oberen Bereichs der Linsenoberfläche erstreckt.Image capture device according to Claim 6 each of the P micro-condenser lenses has a cylindrical lens surface with a curvature in the main scanning direction; and wherein each of the openings forms a slot extending along an upper portion of the lens surface. Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, - wobei in der Hauptabtastrichtung zwischen einem Mittelpunkt von jeder der Öffnungen und einer optischen Achse einer Mikro-Kondensorlinse, die Lichtstrahlen auf jede der Öffnungen konzentriert, von den P Mikro-Kondensorlinsen ein positionelles Verschiebungsausmaß ausgebildet ist; und - wobei das positionelle Verschiebungsausmaß zunimmt, wenn sich jede der Öffnungen entfernt von einer optischen Achse eines bildgebenden optischen Elements befindet, die jeder der Öffnungen von den N bildgebenden optischen Elementen entspricht.Image capture device according to Claim 6 or 7 in which a positional shift amount of the P micro-condenser lenses is formed between a center of each of the openings and an optical axis of a micro-condenser lens that concentrates light beams on each of the openings in the main scanning direction; and wherein the positional displacement amount increases when each of the openings is located away from an optical axis of an imaging optical element corresponding to each of the openings of the N-imaging optical elements. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede der P Mikro-Kondensorlinsen eine Linsenoberfläche mit einer Krümmung ungleich Null sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in einer Richtung orthogonal zu der Hauptabtastrichtung aufweist.Image capture device according to one of Claims 1 to 8th wherein each of the P micro-condenser lenses has a lens surface having a non-zero curvature both in the main scanning direction and in a direction orthogonal to the main scanning direction. Bilderfassungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, - wobei die bildgebende Einheit eine Signalverarbeitungs-Schaltung aufweist, um Ausgangssignale der P lichtempfindlichen Pixel oder der P Sätze von Gruppen lichtempfindlicher Pixel zu verarbeiten; und - wobei die Signalverarbeitungs-Schaltung in einem Bereich angeordnet ist, der in einem kein Licht empfangenden Bereich angeordnet ist, der sich von dem effektiven lichtempfindlichen Bereich unterscheidet.Image capture device according to one of Claims 1 to 9 - wherein the imaging unit comprises a signal processing circuit to process outputs of the P photosensitive pixels or the P sets of photosensitive pixel groups; and wherein the signal processing circuit is disposed in a region disposed in a non-light-receiving region different from the effective light-sensitive region. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das bildgebende optische System eine Stablinsen-Anordnung aufweist, die N Stablinsen als die N bildgebenden optischen Elemente aufweist.Image capture device according to one of Claims 1 to 10 wherein the imaging optical system comprises a rod-lens array having N rod lenses as the N-imaging optical elements. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das bildgebende optische System als die N bildgebenden optischen Elemente eine Gruppe von refraktiven Linsen zur Erzeugung des aufrechten Bilds mit gleicher Vergrößerung aufweist.Image capture device according to one of Claims 1 to 10 wherein the imaging optical system as the N-imaging optical elements comprises a group of refractive lenses for generating the upright image at the same magnification. Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Bildsignalprozessor aufweist, um ein erfasstes Bild zu erzeugen, indem N Sichtfeld-Bilder aufgebaut werden, die ein aufrechtes Bild mit gleicher Vergrößerung repräsentieren, das durch die N bildgebenden optischen Elemente erzeugt wird, und um die N Sichtfeld-Bilder zu kombinieren, um dadurch ein erfasstes Bild zu erzeugen, wobei der Bildsignalprozessor eine Bildaufbauvorrichtung aufweist, um für jeden Hauptstrahl, der durch jedes der bildgebenden optischen Elemente hindurch läuft, aus den Empfangssignalen, die von den P Sätzen von Gruppen lichtempfindlicher Pixel abgegeben werden, die Empfangssignale auszuwählen, die von einer Mehrzahl von lichtempfindlichen Hauptpixeln abgegeben werden, die in dem effektiven lichtempfindlichen Bereich enthalten sind, und um auf der Basis der ausgewählten Empfangssignale ein Sichtfeld-Bild aufzubauen, das dem bildgebenden optischen Element der N Sichtfeld-Bilder entspricht.Image capture device according to Claim 1 and further comprising an image signal processor for generating a captured image by constructing N field of view images representing an upright image of equal magnification produced by the N imaging optical elements and combining the N field of view images to thereby generate a captured image, the image signal processor having image forming means for selecting, for each principal ray passing through each of the imaging optical elements, the received signals output from the sets of photosensitive pixel sets which are output from a plurality of main photosensitive pixels contained in the effective photosensitive area, and to construct a field of view image corresponding to the N-field image forming optical element based on the selected received signals. Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 13, wobei der Bildsignalprozessor Folgendes aufweist: - eine Bildabgleich-Einheit, um einen Bildabgleich zwischen benachbarten Sichtfeld-Bildern der N Sichtfeld-Bilder durchzuführen und um Verschiebungsausmaße zwischen den benachbarten Sichtfeld-Bildern zu detektieren; - eine Bildkorrektor-Vorrichtung, um auf der Basis der detektieren Verschiebungsausmaße Transfer-Vergrößerungen der jeweiligen N Sichtfeld-Bilder abzuschätzen und um die N Sichtfeld-Bilder zu korrigieren, indem jedes der N Sichtfeld-Bilder unter Verwendung der abgeschätzten Transfer-Vergrößerungen vergrößert oder verkleinert wird; und - einen Kompositbildgenerator, um ein Kompositbild zu erzeugen, indem die korrigierten N Sichtfeld-Bilder kombiniert werden, und um das Kompositbild als das erfasste Bild abzugeben.Image capture device according to Claim 13 wherein the image signal processor comprises: an image matching unit to perform image matching between adjacent field of view images of the N field of view images and to detect shift amounts between the adjacent field of view images; an image corrector device to estimate transfer magnifications of the respective N field of view images on the basis of the detected shift amounts and to correct the N field of view images by enlarging or reducing each of the N field of view images using the estimated transfer magnifications becomes; and a composite image generator for producing a composite image by combining the corrected N-FOV images and outputting the composite image as the captured image. Bilderfassungs-Einrichtung nach Anspruch 14, wobei die Bildabgleich-Einheit eine Pixel-Position von einem der benachbarten Sichtfeld-Bilder in der Hauptabtastrichtung verschiebt, um als jedes der Verschiebungsausmaße ein Verschiebungsausmaß zu detektieren, bei dem die benachbarten Sichtfeld-Bilder miteinander übereinstimmen. Image capture device according to Claim 14 wherein the image matching unit shifts a pixel position of one of the adjacent field of view images in the main scanning direction to detect as each of the shift amounts a shift amount at which the adjacent field of view images coincide with each other. Bilderfassungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, die des Weiteren Folgendes aufweist: - eine Abstandsberechnungsvorrichtung, um auf der Basis der Transfer-Vergrößerungen, die mittels der Bildkorrekturvorrichtung abgeschätzt werden, für jedes der N Sichtfeld-Bilder einen Abstand zu dem Zielobjekt zu berechnen; und - einen Zustandsdetektor, um auf der Basis des berechneten Abstands einen Zustand des Zielobjekts zu detektieren.Image capture device according to one of Claims 13 to 15 method further comprising: a distance calculating device for calculating a distance to the target object for each of the N field of view images on the basis of the transfer magnifications estimated by the image correcting device; and a state detector for detecting a state of the target based on the calculated distance. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei jede der P Mikro-Kondensorlinsen eine zylindrische Linsenoberfläche mit einer Krümmung in der Hauptabtastrichtung aufweist.Image capture device according to one of Claims 13 to 16 wherein each of the P micro-condenser lenses has a cylindrical lens surface with a curvature in the main scanning direction. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei jede der P Mikro-Kondensorlinsen eine Linsenoberfläche mit einer Krümmung ungleich Null sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in einer Richtung orthogonal zu der Hauptabtastrichtung aufweist.Image capture device according to one of Claims 13 to 17 wherein each of the P micro-condenser lenses has a lens surface having a non-zero curvature both in the main scanning direction and in a direction orthogonal to the main scanning direction. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das bildgebende optische System eine Stablinsen-Anordnung aufweist, die Stablinsen als die bildgebenden optischen Elemente aufweist.Image capture device according to one of Claims 13 to 18 wherein the imaging optical system comprises a rod lens arrangement having rod lenses as the imaging optical elements. Bilderfassungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das bildgebende optische System zur Erzeugung des aufrechten Bilds mit gleicher Vergrößerung eine Gruppe von refraktiven Linsen als die bildgebenden optischen Elemente aufweist.Image capture device according to one of Claims 13 to 19 wherein the imaging optical system for generating the upright image at the same magnification comprises a group of refractive lenses as the imaging optical elements.
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